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Python迭代器和生成器：迭代器协议

news 2025/6/9 11:17:39

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Python是一个强大的编程语言，提供了许多便捷的工具和特性，迭代器便是其中之一。

迭代器使得我们能够在序列上进行遍历操作，而不需要了解序列的底层实现细节。本文将详细介绍Python的迭代器协议，包括迭代器的基本概念、如何创建迭代器、迭代器的高级用法，并通过一个综合详细的例子来展示迭代器在实际应用中的重要性。

1.什么是迭代器

迭代器是一个可以遍历某个容器（如列表、元组、字典等）中的所有元素的对象。迭代器对象实现了两个基本方法：

iter(): 该方法返回迭代器对象本身。
next(): 该方法返回容器的下一个元素。如果没有更多元素，则抛出StopIteration异常。

这种协议被称为迭代器协议。

2.迭代器协议

迭代器协议定义了两个核心方法：

1. iter()
1. next()

①."iter()"方法

"iter()"方法返回迭代器对象本身。这使得容器对象能够被 iter() 函数调用，从而返回一个迭代器。

②."next()"方法

"next()"方法返回容器的下一个元素。当容器中没有更多元素时，该方法应当抛出 StopIteration 异常。

③.示例代码

以下是一个简单的迭代器示例：

class MyIterator:
def __init__(self, data):self.data = dataself.index = 0
def __iter__(self):return self
def __next__(self):
if self.index < len(self.data):result = self.data[self.index] self.index += 1
return result
else:raise StopIteration
# 使用自定义迭代器
my_iter = MyIterator([1, 2, 3, 4])
for item in my_iter:
print(item)

运行结果为：

④.迭代器的优点

迭代器具有以下几个优点：

①节省内存：迭代器不会一次性加载所有数据，而是每次只返回一个数据。

②惰性求值：迭代器在需要时才生成数据，有效提高了程序的性能。

③无限序列：迭代器可以用于表示无限序列，比如自然数序列，而无需占用无限的内存。

3.创建自定义迭代器

创建自定义迭代器非常简单，只需实现"iter()"和"next()"方法即可。下面是一个自定义迭代器的例子，它生成一个从 0 开始的自然数序列：
示例代码

class CountIterator:
def __init__(self, start=0):self.current = start
def __iter__(self):
return self
def __next__(self):self.current += 1
return self.current - 1
# 使用自定义迭代器
counter = CountIterator()
for _ in range(10):
print(next(counter))

运行结果为：

4.迭代器的高级用法

①.无限序列

迭代器可以用于生成无限序列，比如斐波那契数列：

示例代码

class FibonacciIterator:
def __init__(self):self.a, self.b = 0, 1
def __iter__(self):return self
def __next__(self):self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
return self.a
# 使用斐波那契数列迭代器
fib = FibonacciIterator()
for _ in range(10):
print(next(fib))

运行结果为：

②.文件迭代器

我们可以创建一个迭代器来逐行读取文件：

示例代码

class FileIterator:
def __init__(self, filename):self.file = open(filename, 'r')
def __iter__(self):return self
def __next__(self):line = self.file.readline()
if not line:self.file.close()
raise StopIteration
return line.strip()
# 使用文件迭代器
file_iter = FileIterator('example.txt')
for line in file_iter:
print(line)

5.综合详细例子

现在，我们将创建一个更复杂的例子来展示迭代器的实际应用。这个例子将包含一个学生管理系统，我们可以使用迭代器来遍历学生列表，并实现一些常见的操作，如添加、删除和查找学生。

示例代码

student.py

class Student:
def __init__(self, id, name, age):self.id = idself.name = nameself.age = age
def __str__(self):return f'ID: {self.id}, Name: {self.name}, Age: {self.age}'

student_iterator.py

class StudentIterator:
def __init__(self, students):self.students = students self.index = 0
def __iter__(self):return self
def __next__(self):if self.index < len(self.students):student = self.students[self.index]self.index += 1
return studentelse:raise StopIteration

student_manager.py

from student 
import Student
from student_iterator 
import StudentIterator
class StudentManager:
def __init__(self):self.students = []
def add_student(self, id, name, age):
student = Student(id, name, age) self.students.append(student)
def remove_student(self, id):self.students = [s for s in self.students if s.id != id]
def find_student(self, id):
for student in self.students:if student.id == id:return student return None
def __iter__(self):return StudentIterator(self.students)
# 测试学生管理系统
manager = StudentManager()
manager.add_student(1, 'Alice', 20)
manager.add_student(2, 'Bob', 22)
manager.add_student(3, 'Charlie', 21)
print('所有学生:')
for student in manager:
print(student)
print('\n查找学生ID为2的学生:')
print(manager.find_student(2))
print('\n移除学生ID为1的学生:')
manager.remove_student(1)
print('\n所有学生:')
for student in manager:
print(student)

运行结果

所有学生:
ID: 1, Name: Alice, Age: 20
ID: 2, Name: Bob, Age: 22
ID: 3, Name: Charlie, Age: 21
查找学生ID为2的学生:
ID: 2, Name: Bob, Age: 22
移除学生ID为1的学生:
所有学生:
ID: 2, Name: Bob, Age: 22
ID: 3, Name: Charlie, Age: 21