大家都用过for循环，但是大家知道Python for循环背后的工作原理吗？本文就带大家详细探究Python for循环是如何工作的以及iterable和iterator的概念。

首先我们来看一下，如果不用for循环，是否还有其它的遍历方式。一种方法就是用类似C语言中通过索引进行访问：

colors = ["red", "green", "blue", "purple"]

i = 0

while i < len(colors):

print(colors[i])

i += 1

对于list这么做没问题，但是如果遍历对象是set就行不通了：

>>> colors = {"red", "green", "blue", "purple"}

>>> i = 0

>>> while i < len(colors):

... print(colors[i])

... i += 1

...

Traceback (most recent call last):

File "<stdin>", line 2, in <module>

TypeError: 'set' object does not support indexing

问题就出在，这种方法只能用在序列对象上，也就是能通过索引进行访问的数据结构，比如list，string，tuple等。但是对于dictionary，set这些非序列结构就无能为力了。

Iterable

在Python的世界中，一个iterable就是可以用过for循环进行遍历的对象。Iterable不一定具有索引，也不一定有长度，甚至不一定是有限长度的。

下面就是一个无限长的iterable的例子，它包含了所有5的倍数：

from itertools import count

multiples_of_five = count(step=5)

当我们用for对其进行遍历时，可以这样做：

for n in multiples_of_five:

if n > 100:

break

print(n)

如果我们把break去掉的话，这个循环就会永远进行下去。

Iterable和Iterator

我们知道iterable是什么了，但是它在Python中是如何工作的呢？

Python中有一个内建函数iter，任何iterable传进去都会获得其对应的iterator。

>>> iter(['some', 'list'])

<list_iterator object at 0x7f227ad51128>

>>> iter({'some', 'set'})

<set_iterator object at 0x7f227ad32b40>

>>> iter('some string')

<str_iterator object at 0x7f227ad51240>

然而iterator究竟是什么呢？简单地说，iterator只完成一个功能，那就是在遍历中返回下一个元素。

我们可以从任意iterable获取一个iterator：

>>> iterator = iter('hi')

然后利用next内建函数去获取下一个元素：

>>> next(iterator)

'h'

>>> next(iterator)

'i'

>>> next(iterator)

Traceback (most recent call last):

File "<stdin>", line 1, in <module>

StopIteration

如果遍历结束了，即没有下一个元素了，next函数会抛出一个StopIteration异常。

Iterator同时也是iterable

将iterable传入iter函数可以得到一个iterator。同时，如果将一个iterator传入iter函数，得到的结果就是这个iterator本身。这意味着，iterator本身也是iterable。

>>> iterator = iter('hi')

>>> iterator2 = iter(iterator)

>>> iterator is iterator2

True

Iterator协议

在Python中，所有的iterator都遵循一套相同的协议：

1 一个iterable传入iter函数后可以得到对应的iterator。

2 iterator可以作为参数传入next函数，返回下一个元素或者抛出StopIteration异常。

3 当作iterator为参数传入iter函数时返回自身。

上述规则反过来也是成立的：

1 任何对象如果可以作为参数传入iter并且没有异常，则该对象是iterable。

2 任何对象如果可以作为参数传入next并且没有异常（StopIteration除外），则该对象是iterator。

3 任何传入iter并得到其自身的对象是iterator。

对iterator进行遍历

下面这段代码对一个iterable进行遍历，并打印其中的每一个元素：

def print_each(iterable):

iterator = iter(iterable)

while True:

try:

item = next(iterator)

except StopIteration:

break # Iterator exhausted: stop the loop

else:

print(item)

任意iterable都可以作为该函数的参数：

>>> print_each({1, 2, 3})

1

2

3

事实上，上面这段代码和下面使用for的代码是等价的：

def print_each(iterable):

for item in iterable:

print(item)

在for循环中Python会自动实现我们手工实现的功能：调用iter去获取下一个元素，直到遇到StopIteration异常。

这就是隐藏在Python for循环背后的秘密，小伙伴们，你们get到了吗？