Python for循环迭代原理（迭代器 Iterator）

在使用Python时，我们经常会使用for循环来访问容器对象（列表、字符、字典等）中的元素。其幕后实际是通过迭代协议来完成的，迭代是一种依次访问对象中元素的方式，for循环在对象上调用iter()函数生成一个迭代器（对象要是可迭代的，即支持迭代协议），然后通过迭代器对元素进行访问。

一、for循环的实现

考虑下面一个简单for循环

numbers = [1,2,3]
for num in numbers:print(num)

当for循环作用在numbers变量上时，它实际依次做了下面的动作：

1. 调用iter(numbers)，此函数会返回一个迭代器对象，该对象会包含一个__next()__方法，调用此方法会逐一访问对象中的元素。
2. 重复调用对象的__next()__方法，逐个返回对象中的元素。
3. 元素用尽时，迭代器会抛出StopIteration异常，for循环捕获到该异常，退出for循环，执行结束。

因此for循环幕后的执行过程就是：

it = iter(numbers)    # 返回迭代器对象，赋给变量it
it.__next__()    # 调用迭代器对象的__next__()方法，返回1。也可以使用next(it)来调用对象上的__next__()方法
it.__next__()    # 返回2
it.__next__()    # 返回3
it.__next__()    # 元素耗尽，抛出StopIteration异常，for循环退出

二、自定义迭代行为

知道了迭代的原理，我们就可以通过自定义__next__()方法，改造for循环的迭代行为。

例如下面自定义一个迭代类，从第一个元素开始，每次迭代跳过一个元素。为了满足这个需求只需要自定义__next__()方法，每次给索引步长加2即可，：

class SkipOneElement:def __init__(self, data):self.data = dataself.index = -2def __iter__(self):return selfdef __next__(self):    # 自定义__next__()方法，for循环会自动调用此方法self.index += 2    # self.index = -2加上步长，初始的索引就是0，随后每次增加2，即跳过一个元素if self.index >= len(self.data) or len(self.data) == 0:    # 当索引超过对象长度或对象为空，抛出StopIteration异常raise StopIterationreturn self.data[self.index]    # 返回索引指向的元素

下面用range(10)来测试效果，常规的循环如下：

for num in range(10):print(num)

自定义迭代效果如下，可以看到从索引为0的元素开始，后续每次迭代都跳过了一个元素：

for num in SkipOneElement(range(10)):print(num)

如果想要反向迭代，那么初始索引只需要设置为len(self.data)，然后每次减1即可。总之，知道了for循环的运作方式，你就可以根据需求随意调整__next__()方法，达到自定义迭代行为的目的。