Python中的迭代器和range

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range是迭代器吗

一直以为range是迭代器，所以很自然地用next方法试图迭代它的时候，居然报了下面的错误：

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#range不是迭代器的事实
x = range(3)
print(next(x))
-------------------
Traceback (most recent call last):
  File "pythonscripts/iterator_and_range.py", line 8, in <module>
    print(next(x))
TypeError: 'range' object is not an iterator

那么这就有意思了，既然range不是迭代器，那么它究竟是什么？

迭代器的特性

我们先来复习一下迭代器的定义,　迭代器是指实现了迭代协议的对象，迭代协议是指实现了iter方法并返回一个实现了next方法的迭代器对象，并通过StopIterator异常标识迭代完成。

使用iter函数可以从任何可迭代对象中获取一个迭代器

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s = iter([1,2,3])
print(s)
print(next(s))
print(1 in s)
-----------------
<list_iterator object at 0x7f7694fc4a20>
1
False

迭代器有个特点，即每用完一个元素即消耗掉该元素，不会保留在迭代器中，也就是说，是一次性的。

迭代器上使用iter会得到相同的对象

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s = iter([1,2,3])
print(iter(s) is s)
print(id(iter(s)))
print(id(s))
------------------
True
140143916509728
140143916509728

利用这个特性，我们可以实现一些特殊的操作：

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s = iter([1,2,3,4])
list(zip(s,s))
------------------
[(1, 2), (3, 4)]

range有上述的特性吗

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s = iter(range(5))
print(s)
print(next(s))
------------------
<range_iterator object at 0x7fef611b9a20>
0

从这里可以看出iter可以用在range上，并返回了一个迭代器。

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x = range(5)
print(1 in x)
print(2 in x)
print(1 in x)
-------------
True
True
True

这里可以看出，range并不是一次性的，而是可以重复地使用，不符合迭代器一次性的特性

而且，迭代器（生成器）并不支持长度，而range支持len方法：

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x = iter([1,2,3])
print(len(x))
-------------
Traceback (most recent call last):
  File "pythonscripts/iterator_and_range.py", line 11, in <module>
    print(len(x))
TypeError: object of type 'list_iterator' has no len()

也不可以被索引:

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x = iter([1,2,3])
print(x[0])
------------
Traceback (most recent call last):
  File "pythonscripts/iterator_and_range.py", line 11, in <module>
    print(x[0])
TypeError: 'list_iterator' object is not subscriptable

综上，range并不是迭代器，而且跟迭代器有着明显的区别，只是range是一种可迭代的对象，表面上看起来像迭代器而已。

那么，range究竟是什么

range实现是c语言写的，源码可以在安装路径下找到，这里我们看一下help方法给我们的结果:

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Help on class range in module builtins:
class range(object)
 |  range(stop) -> range object
 |  range(start, stop[, step]) -> range object
 |  
 |  Return an object that produces a sequence of integers from start (inclusive)
 |  to stop (exclusive) by step.  range(i, j) produces i, i+1, i+2, ..., j-1.
 |  start defaults to 0, and stop is omitted!  range(4) produces 0, 1, 2, 3.
 |  These are exactly the valid indices for a list of 4 elements.
 |  When step is given, it specifies the increment (or decrement).
 |  
 |  Methods defined here:
 |  
 |  __contains__(self, key, /)
 |      Return key in self.
 |  
 |  __eq__(self, value, /)
 |      Return self==value.
 |  
 |  __ge__(self, value, /)
 |      Return self>=value.
 |  
 |  __getattribute__(self, name, /)
 |      Return getattr(self, name).
 |  
 |  __getitem__(self, key, /)
 |      Return self[key].
 |  
 |  __gt__(self, value, /)
 |      Return self>value.
 |  
 |  __hash__(self, /)
 |      Return hash(self).
 |  
 |  
 |  __iter__(self, /)
 |      Implement iter(self).
 |  
 |  __le__(self, value, /)
 |      Return self<=value.
 |  
 |  __len__(self, /)
 |      Return len(self).
 |  
 |  __lt__(self, value, /)
 |      Return self<value.
 |  
 |  __ne__(self, value, /)
 |      Return self!=value.
 |  
 |  __new__(*args, **kwargs) from builtins.type
 |      Create and return a new object.  See help(type) for accurate signature.
 |  
 |  __reduce__(...)
 |      helper for pickle
 |  __repr__(self, /)
 |      Return repr(self).
 |  
 |  __reversed__(...)
 |      Return a reverse iterator.
 |  
 |  count(...)
 |      rangeobject.count(value) -> integer -- return number of occurrences of value
 |  
 |  index(...)
 |      rangeobject.index(value, [start, [stop]]) ->  integer -- return index of value.
 |      Raise ValueError if the value is not present.
 |  
 |  ----------------------------------------------------------------------
 |  Data descriptors defined here:
 |  
 |  start
 |  
 |  step
 |  stop

　可以看出range的迭代是通过iter协议实现的，像len等对应的方法也是通过len等方式实现的，也就是说range其实是一种类似迭代器的鸭子类型，而并非真正的迭代器！