for迴圈是怎麼工作的

for...in是python程式設計師使用最多的語句，for 迴圈用於迭代容器物件中的元素，這些物件可以是列表、元組、字典、集合、檔案，甚至可以是自定義類或者函式，例如：

作用於列表

>>> for elem in [1,2,3]:
...    print(elem)
...123

作用於元組

>>> for i in ("zhang", "san", 30):
...    print(i)
...zhang
san30

作用於字串

>>> for c in "abc":
...     print(c)
...a
bc

作用於集合

>>> for i in :
...    print(i)
...bac

作用於字典

>>> for k in :
...    print(k)
...age
name

作用於檔案

>>> for line in open("requirement.txt"):
...    print(line, end="")
...fabric==1.12.0
markdown==2.6.7

可能有人不經要問，為什麼這麼多不同型別物件都支援 for 語句，還有哪些型別的物件可以作用在 for 語句中呢？回答這個問題之前，我們先要了解 for 迴圈背後的執行原理。

for 迴圈是對容器進行迭代的過程，什麼是迭代？迭代就是從某個容器物件中逐個地讀取元素，直到容器中沒有更多元素為止。那麼，哪些物件支援迭代操作？任何物件都可以嗎？先隨便自定義乙個類試試，看行不行：

>>> class myrange:
...    def __init__(self, num):
...        self.num = num
...>>> for i in myrange(10):
...    print(i)
...traceback (most recent call last):
file "", line 1, in 
typeerror: 'myrange' object is not iterable

錯誤堆疊日誌非常清楚地告訴我們，myrange 不是乙個可迭代物件，所以它不能用於迭代，到底什麼樣的物件才稱得上是可迭代物件(iterable)呢？

可迭代物件需要實現__iter__方法，並返回乙個迭代器，迭代器(iterator)只需要實現__next__方法。現在我們就來驗證一下列表為什麼支援迭代：

>>> x = [1,2,3]
>>> its = x.__iter__() # x有此方法，說明列表是可迭代物件
>>> its
0x100f32198>
>>> its.__next__()  # its有此方法，說明its是迭代器
1>>> its.__next__()
2>>> its.__next__()
3>>> its.__next__()
traceback (most recent call last):
file "", line 1, in 
stopiteration

從試驗結果來看，列表是乙個可迭代物件，因為它實現了__iter__方法，並且返回了乙個迭代器物件（list_iterator），因為它實現了__next__方法。我們看到它不斷地呼叫__next__方法，其實就是不斷地迭代獲取容器中的元素，直到容器中沒有更多元素丟擲 stopiteration 異常為止。

那麼 for 語句又是如何迴圈的呢？到這裡，恐怕你也猜到了，它的步驟是：

先判斷物件是否為可迭代物件，不是的話直接報錯，丟擲typeerror異常，是的話，呼叫__iter__方法，返回乙個迭代器

不斷地呼叫迭代器的__next__方法，每次按序返回迭代器中的乙個值

迭代到最後，沒有更多元素了，就丟擲異常 stopiteration，這個異常 python 自己會處理，不會暴露給開發者

對於元組，字典，字串也是同樣的道理，弄明白了 for 的執行原理之後，我們就可以實現自己的迭代器用在 for 迴圈中。

前面的 myrange 報錯是因為它沒有實現迭代器協議裡面的這兩個方法，現在繼續改進：

class myrange:
def __init__(self, num):
self.i = 0
self.num = num
def __iter__(self):
return self
def __next__(self):
if self.i < self.num:
i = self.i
self.i += 1
return i
else:
# 達到某個條件時必須丟擲此異常，否則會無止境地迭代下去
raise stopiteration()

因為它實現了__next__方法，所以 myrange 本身已經是乙個迭代器了，所以__iter__返回的就是物件本身 self。現在用在 for 迴圈中試試：

for i in myrange(3):
print(i)
# 輸出12
3

你會發現myrange功能和內建函式range很相似。for 迴圈本質是不斷地呼叫迭代器的__next__方法，直到出現 stopiteration 異常退出迴圈。所以任何可迭代物件都可以作用在for迴圈中。

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