range()函数是Python中用于生成不可变数字序列的核心函数，它在循环控制和序列生成中扮演着重要角色。本文将全面解析range()函数的用法和特性。

1. range()函数的基本用法

1.1 基本语法

range(stop)
range(start, stop[, step])

• start：序列起始值（包含，默认为0）
• stop：序列结束值（不包含）
• step：步长（默认为1）

1.2 三种调用方式

# 1. 只指定stop
print(list(range(5)))      # [0, 1, 2, 3, 4]

# 2. 指定start和stop
print(list(range(2, 7)))   # [2, 3, 4, 5, 6]

# 3. 指定start、stop和step
print(list(range(1, 10, 2)))  # [1, 3, 5, 7, 9]

2. range()函数的详细解析

2.1 生成递减序列

# 步长为负数可生成递减序列
print(list(range(10, 0, -1)))  # [10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]
print(list(range(5, -5, -2)))  # [5, 3, 1, -1, -3]

2.2 range对象的特点

range对象是惰性序列，不会立即生成所有元素：

r = range(1000000)
print(sys.getsizeof(r))  # 占用很小内存，与范围大小无关

2.3 支持的操作

range对象支持序列操作

r = range(1, 10, 2)

# 索引访问
print(r[2])      # 5

# 切片（返回新的range对象）
print(r[:2])     # range(1, 5, 2)

# 成员检测
print(5 in r)    # True
print(6 in r)    # False

# 长度
print(len(r))    # 5

3. range()的实际应用

3.1 循环控制

# 基本for循环
for i in range(5):
    print(i)  # 0,1,2,3,4

# 带步长的循环
for i in range(0, 10, 2):
    print(i)  # 0,2,4,6,8

# 反向循环
for i in range(5, 0, -1):
    print(i)  # 5,4,3,2,1

3.2 生成索引序列

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for i in range(len(fruits)):
    print(f"{i}: {fruits[i]}")

3.3 数值序列生成

# 生成偶数序列
evens = list(range(0, 20, 2))

# 生成指定范围内的浮点数
def float_range(start, stop, step):
    return [start + i*step for i in range(int((stop-start)/step))]

print(float_range(0, 1, 0.1))  # [0.0, 0.1, 0.2, ..., 0.9]

4. 特殊用法和技巧

4.1 与enumerate()结合

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for i, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"{i}: {fruit}")

4.2 替代传统C风格循环

Pythonic写法：

# 不推荐
for i in range(len(items)):
    print(items[i])

# 推荐
for item in items:
    print(item)

4.3 生成固定大小的空结构

# 初始化长度为10的空列表
empty_list = [None] * 10

# 使用range初始化
empty_list = [None for _ in range(10)]

5. 常见问题解答

5.1 range和xrange的区别？

• Python 2中有range()（返回列表）和xrange()（返回生成器）
• Python 3中range()等同于Python 2的xrange()，且移除了xrange()

5.2 为什么range不包含结束值？

这种设计（包含开始不包含结束）：

• 与Python切片行为一致
• 方便计算长度：len(range(a,b)) == b-a
• 避免数值精度问题导致的边界错误

5.3 如何实现包含结束值的range？

def inclusive_range(start, stop, step=1):
    return range(start, stop + (1 if step > 0 else -1), step)

print(list(inclusive_range(1, 5)))  # [1,2,3,4,5]

5.4 range对象可以重复使用吗？

可以，range是不可变序列，可以多次迭代：

r = range(3)
print(list(r))  # [0,1,2]
print(list(r))  # [0,1,2] 可以重复使用

6. 性能考虑

• range对象在内存使用上非常高效
• 在Python 3中，for i in range(n)比Python 2中的等效代码更快
• 对于非常大的范围，使用range比生成列表更节省内存

7. 总结

range()函数是Python中生成数字序列的核心工具，主要特点包括：

• 生成惰性计算的不可变序列
• 支持正负步长
• 内存高效，适合大范围数字
• 支持序列基本操作（索引、切片等）

关键要点：

• 结束值不包含在序列中
• 步长可以是正数或负数
• 在循环中优先直接使用range，而非先转换为列表
• Python 3的range比Python 2的更高效

掌握range()函数能够帮助你：

• 编写更高效的循环
• 生成各种数字序列
• 处理大数据集时节省内存
• 编写更Pythonic的代码