詳解Python中for循環的內部機制

Python中，使用for循環可以迭代容器對象中的元素，這裏容器對象包括是列表（list）、元組（tuple）、字典（dict）、集合（set）等。但是，爲什麼這些對象可以使用for循環進行操作呢？

首先，定義一個簡單的類嘗試一下：

class TestRange:
    def __init__(self, num):
        self.num = num
for i in TestRange(10):
    print(i)

# 輸出
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'TestRange' object is not iterable

錯誤信息提示，‘TestRange’ object 不是可迭代的對象。那麼，什麼纔是可迭代的對象呢？

在可迭代的對象中，需要實現一個__iter__魔法方法，而且這個方法的返回值需要是一個迭代器。那麼，什麼是迭代器呢？

迭代器只需要實現__next__魔法方法。

以列表（list）爲例：

>>> nums = [13,12,33]
>>> iter_ret = nums.__iter__() # x有此方法，說明list是可迭代的，而且該方法返回一個迭代器
>>> iter_ret
<list_iterator object at 0x100f32198>

>>> iter_ret.__next__()
13
>>> iter_ret.__next__()
12
>>> iter_ret.__next__()
33
>>> iter_ret.__next__()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

分析：

如上所示，列表nums中實現了__iter__方法，而且返回一個迭代器（iterator），迭代器中實現了__next__方法。在不斷調用__next__的過程中，就是在不斷返回nums中的元素，直到出現StopIteration的錯誤。

其實，for語句的作用與此類似。for語句的內部機制爲：

• 先判斷對象是否爲可迭代對象，即是否存在__iter__方法，如果存在則調用__iter__方法，返回一個迭代器；否則，直接拋出TypeError異常；
• 不斷地調用迭代器的__next__方法，每次調用按順序迭代獲取當前的值；
• 迭代完所有元素，就拋出異常 StopIteration，這個異常 python 解釋器自己會處理；

前面的 TestRange 報錯是因爲它沒有實現迭代器協議裏面的這兩個方法，現在繼續改進：

class TestRange:
    def __init__(self, _max):
        self.i = 0
        self._max = _max

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.i < self._max:
            i = self.i
            self.i += 1
            return i
        else:
            # 達到停止條件時，拋出此異常
            raise StopIteration()

# 進行測試
for i in TestRange(3):
    print(i)
# 輸出
 0
 1
 2

分析：

因爲這個類中，已經實現了__next__方法，所以基於這個類所創建的對象，本身就是一個迭代器。又因爲可迭代對象需要有__iter__方法，而且返回一個迭代器，所以__iter__返回對象本身self即可。