迭代器

迭代器是 Python 中用于遍历可迭代对象的工具，它可以逐个访问序列中的元素，而不需要一次性加载整个序列到内存中。迭代器是一种惰性计算的方式，它只在需要时生成元素，从而节省内存和提高效率。

迭代器的工作原理：

Python 中的迭代器通常包含两个方法：

1. __iter__()：返回迭代器对象自身。
2. __next__()：返回迭代器中的下一个元素。

当使用 for 循环或内置函数 next() 遍历迭代器时，会不断调用 __next__() 方法来获取下一个元素。当没有更多的元素可供返回时，__next__() 方法会引发 StopIteration 异常，用于指示迭代结束。

示例代码：

以下是一个示例代码，演示如何创建和使用迭代器：

# 创建一个简单的迭代器类
class MyIterator:
    def __init__(self, max_limit):
        self.max_limit = max_limit
        self.current = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current < self.max_limit:
            result = self.current
            self.current += 1
            return result
        else:
            raise StopIteration

# 使用迭代器遍历
my_iter = MyIterator(5)

# 使用 for 循环遍历迭代器
for num in my_iter:
    print(num)

# 或使用内置函数 next() 逐个获取元素
my_iter = MyIterator(3)
print(next(my_iter))  # 输出 0
print(next(my_iter))  # 输出 1
print(next(my_iter))  # 输出 2

在上述示例中，MyIterator 类是一个自定义迭代器，它可以生成从 0 到 max_limit-1 的整数。通过使用 for 循环或 next() 函数，可以逐个遍历迭代器的元素。

内置迭代器和可迭代对象：

Python 提供了许多内置的迭代器和可迭代对象，如列表、元组、字符串、集合、字典等。可以使用 iter() 函数获取一个可迭代对象的迭代器，并使用 next() 函数逐个获取元素。

以下是一些示例：

# 使用迭代器遍历列表
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
iter_list = iter(my_list)
print(next(iter_list))  # 输出 1
print(next(iter_list))  # 输出 2

# 使用迭代器遍历字符串
my_string = "Hello"
iter_string = iter(my_string)
print(next(iter_string))  # 输出 'H'
print(next(iter_string))  # 输出 'e'

可迭代对象和 iter() 函数：

在 Python 中，迭代器工作于可迭代对象之上。可迭代对象是一种具有迭代器的对象，可以通过调用 iter() 函数来获取一个迭代器。

示例代码：

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 获取列表的迭代器
iter_list = iter(my_list)

# 使用迭代器遍历列表元素
for num in iter_list:
    print(num)

在上述示例中，my_list 是一个可迭代对象，使用 iter() 函数获取了它的迭代器 iter_list，然后通过 for 循环遍历列表元素。

可迭代对象是一种支持迭代操作的对象，例如列表、元组、字符串、集合、字典的键等。大多数内置数据类型都是可迭代的。

使用 iter() 和 next() 自定义可迭代对象：

也可以创建自定义的可迭代对象，只需实现 __iter__() 方法并在其中返回一个迭代器对象。迭代器对象需要实现 __next__() 方法来定义如何逐个生成元素。

示例代码：

class MyIterable:
    def __init__(self, max_limit):
        self.max_limit = max_limit

    def __iter__(self):
        return MyIterator(self.max_limit)

class MyIterator:
    def __init__(self, max_limit):
        self.max_limit = max_limit
        self.current = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current < self.max_limit:
            result = self.current
            self.current += 1
            return result
        else:
            raise StopIteration

# 使用自定义可迭代对象遍历
my_obj = MyIterable(3)
for num in my_obj:
    print(num)

在上述示例中，MyIterable 类是一个自定义的可迭代对象，它的 __iter__() 方法返回了一个迭代器对象 MyIterator。MyIterator 类实现了 __next__() 方法来生成元素。通过使用 for 循环，可以遍历自定义的可迭代对象。

使用迭代器的好处：

1. 节省内存：迭代器一次只生成一个元素，不会一次性加载整个序列，因此在处理大型数据集时非常高效。
2. 惰性计算：迭代器是惰性的，只在需要时生成元素，这使得它们适用于处理无限序列或需要逐个处理的数据。
3. 简单性：迭代器的使用相对简单，可以通过 for 循环或 next() 函数来访问元素。

使用迭代器的注意事项：

1. 一旦迭代器达到末尾，再次调用 next() 会引发 StopIteration 异常。因此，在使用迭代器时，通常需要在循环中捕获异常或使用 for 循环。
2. 迭代器通常是一次性的，一旦遍历完，就不能再次使用，除非您重新获取一个新的迭代器。
3. 迭代器是惰性的，只在需要时生成元素，因此适用于处理大型数据集或无限序列。
4. Python 中的内置函数 iter() 和 next() 用于处理迭代器和可迭代对象，可帮助实现自定义迭代逻辑。