Python迭代和解析(4)：自定義迭代器

解析、迭代和生成系列文章：https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/p/9832640.html

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本文介紹如何自定義迭代器，涉及到類的運算符重載，包括__getitem__的索引迭代，以及__iter__、__next__和__contains__，如果不了解這些知識可跳過本文。

索引迭代方式

索引取值和分片取值

元組、列表、字典、集合、字符串都支持索引取值操作和分片操作。

>>> L = [11,21,31,41]
>>> L[0]
11
>>> L[0:2]
[11, 21]

分片操作實際上將一個slice對象當作索引位傳遞給序列，然后以索引取值的方式取得所需元素。

>>> L[0:2]
[11, 21]

>>> L[slice(0,2)]
[11, 21]

slice對象由slice()函數創建，它有3個參數：起始索引位、結束索引位、步進值。例如：

>>> slice(0,2)
slice(0, 2, None)

__getitem__

列表、元組等序列之所以可以索引取值、分片取值，是因為它們實現了__getitem__方法。

例如：

>>> hasattr(list,"__getitem__")
True
>>> hasattr(tuple,"__getitem__")
True
>>> hasattr(dict,"__getitem__")
True
>>> hasattr(str,"__getitem__")
True

如果自定義類並實現__getitem__方法，它們會重載索引取值：

class cls:
  def __getitem__(self, index):
    print("getitem index", index)
    return index * 2

>>> c = cls()
>>> c[1]
getitem index 1
2
>>> c[2]
getitem index 2
4
>>> c[3]
getitem index 3
6

上面的自定義類只支持索引取值，不支持分片取值。因為__getitem__中沒有編寫索引取值的方式，也就不支持傳遞slice對象來進行分片取值。

分片和__getitem__

如果想要__getitem__支持分片取值，需要在__getitem__中使用索引取值的方式，以便支持slice對象作為索引。

下面是一個簡單的支持分片操作的自定義類：

class cls:
  def __init__(self,data):
    self._data = data
  def __getitem__(self,index):
    print("getitem:",index)
    return self._data[index]

>>> c = cls([1,2,3,4])
>>> c[1]
getitem: 1
2
>>> c[0:2]
getitem: slice(0, 2, None)
[1, 2]

__setitem__和__delitem__

如果想要索引或者分片賦值，那么會調用__setitem__()方法，如果想要刪除索引值或分片值，會調用__delitem__()方法。

class cls:
  def __init__(self,data):
    self._data = data
  def __getitem__(self,index):
    print("in getitem")
    return self._data[index]
  def __setitem__(self,index,value):
    print("in setitem")
    self._data[index] = value
  def __delitem__(self,index):
    print("in delitem")
    del self._data[index]
  def __repr__(self):
    return str(self._data)

>>> c = cls([11,22,33,44,55])
>>> c[1:3]
in getitem
[22, 33]
>>> c[1:3] = [222,333]
in setitem
>>> c
[11, 222, 333, 44, 55]
>>> del c[1:3]
in delitem

__getitem__索引迭代

__getitem__重載了索引取值和分片操作，實際上它也能重載索引的迭代操作。以for為例，它會循環獲取一個個的索引並向后偏移，直到超出索引邊界拋出IndexError異常而停止。

此外，__getitem__重載使得它可以被迭代，也就是它通過數值索引的方式讓這個對象變成可迭代對象，所有迭代工具(比如zip/map/for/in)都可以對這個對象進行迭代操作。

class cls:
  def __init__(self,data):
    self._data = data
  def __getitem__(self,index):
    return self._data[index]
  def __repr__(self):
    return str(self._data)

>>> c1 = cls([11,22,33,44,55])
>>> I = iter(c1)
>>> next(I)
11
>>> 22 in I
True

>>> I=iter(c1)
>>> for i in I:print(i,end=" ")
...
11 22 33 44 55

可迭代對象：__iter__和__next__

定以了__getitem__的類是可迭代的類型，是通過數值索引的方式進行迭代的，但這是退而求其次的行為，更好的方式是定義__iter__方法，使用迭代協議進行迭代。當同時定義了__iter__和__getitem__的時候，iter()函數優先選擇__iter__，只有在__iter__不存在的時候才會選擇__getitem__。

例如：

class Squares:
    def __init__(self, start, stop):  # 迭代起始、終止位
        self.value = start
        self.stop = stop

    def __iter__(self):     # 返回自身的迭代器
        return self

    def __next__(self):     # 返回下一個元素
        if self.value > self.stop:   # 結尾時拋出異常
            raise (StopIteration)
        item = self.value**2
        self.value += 1
        return item

if __name__ == "__main__":
    for i in Squares(1, 5):
        print(i, end=" ")

    s = Squares(1,5)
    print()
    print(9 in s)

運行結果：

1 4 9 16 25
True

因為上面的類中同時定義了__iter__和__next__，且__iter__返回的是自身，所以這個類型的每個迭代對象都是單迭代的。

>>> s = Squares(1,5)
>>> I1 = iter(s)   # I1和I2迭代的是同一個對象
>>> I2 = iter(s)
>>> next(I1)
1
>>> next(I2)   # 繼續從前面的位置迭代
4
>>> next(I1)
9

自定義多迭代類型

要定義多迭代的類型，要求__iter__返回一個新的迭代對象，而不是self自身，也就是說不要返回自身的迭代器。

例如：

# 返回多個獨立的可迭代對象
class MultiIterator:
    def __init__(self, wrapped):
        self.wrapped = wrapped   # 封裝將被迭代的對象

    def __iter__(self):
        return Next(self.wrapped) # 返回獨立的可迭代對象

# 自身的迭代器
class Next:
    def __init__(self, wrapped):
        self.wrapped = wrapped
        self.offset = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):   # 返回下一個元素
        if self.offset >= len(self.wrapped):
            raise (StopIteration)
        else:
            item = self.wrapped[self.offset]
            self.offset += 1
            return item    # 返回指定索引位置處的元素


if __name__ == "__main__":
    string = "abc"
    s = MultiIterator(string)
    for x in s:
        for y in s:
            print(x + y, end=" ")

每個for迭代工具都會先調用iter()來獲取可迭代對象，然后調用next()獲取下一個元素。而這里的iter()會調用MultiIterator的__iter__來獲取可迭代對象，而MultiIterator所返回的可迭代對象是相互獨立的Next對象，因此for x in x和for y in s所迭代的是不同迭代對象，它們都有記錄着自己的迭代位置信息。