理解Python的Iterable和Iterator

今天看到一篇很有意思的文章，说Pyhton3的range是返回的什么？

很多人都会不假思索的说，这还不简单，在Python2中range()会返回list，到了Python3range已经使用xrange替换，返回的是一个迭代器（Iterator）。

恭喜你，答错了。

range()返回的是一个Iterable，并不是一个Iterator.

原理很简单，先简单说一下Iterable和Iterator，不要试图比较二者有什么不同，因为二者根本就是不同的概念。二者字面意思都非常明确：Iterable就是一个可迭代的对象，对其调用iter(Iterable)将会得到一个迭代器；而Iterator就是一个迭代器，对其调用next(Iterator)将会得到下一个元素。

Python推崇协议，说白了就是鸭子类型。你如果实现了__iter__()，（即对你调用iter()可以得到一个Iterator）那你就是一个Iterable；如果实现了__next__()和__iter__()就是一个Iterator。

等等，Iterator不就是调用next()得到下一个元素就可以了？为什么Iterator也要实现Iterable的__iter__()方法，这不纯粹啊！

为什么Python的Iterator要实现__iter__()呢（通常的实现都是return self）。官方文档中说的相当清楚。

Iterators are required to have an __iter__() method that returns the iterator object itself so every iterator is also iterable and may be used in most places where other iterables are accepted.

简单翻译一下，就是说Iterator也要求实现__iter__()，因为很多地方接收的参数是一个Iterable，如果所有的Iterator都是Iterable，那么这些用Iterable地方都可以无障碍地使用Iterator了。比如说for循环吧，关于for循环，我在Python的wiki中（已经比较老了）找到这样的描述：

 Basically, any object with an iterable method can be used in a for loop. Even strings, despite not having an iterable method – but we’ll not get on to that here.

即，for循环拿到一个Iterable的Iterator，然后使用这个Iterator进行迭代。如果Iterator实现了__iter__()方法，那么for循环就可以无障碍地对Iterator进行迭代了，Neat！想象一下，Python的生成器也是Iterator，如果for循环不能支持对Iterator迭代，生不如死啊。

所以对Iterator就有了这样一个“过分”的要求。我们可以认为，所有的Iterator都是Iterable。那么回到最初的问题，为什么range()反回的是一个Iterable而不是Iterator呢？

Iterator是有状态的，只能遍历一次，是“消费型”的，不可以“二次消费”。Iterable是没有状态的（这里不太严谨，这句话暂且不提是Iterator的Iterable），每一次对Iterable调用iter()都会得到一个新的迭代器。

考虑我们平时使用range()，我们认为这是一个表示范围的一个容器。可以使用这个容器去初始化成别的容器，这没有任何问题。

倘若range()返回的是迭代器，那么上面这个看起来在正常不过的代码就有麻烦了：

 

读到这里，你应该完全理解Iterable和Iterator了，再说点题外话。

有人可能觉得（我之前也这么觉得），这样的实现太不纯粹了，要是Iterator就是Iterator，Iterable就是Iterable不好吗？规定接口只接受Iterator，如果有Iterable的话必须手动获得一个新的Iterator然后使用。可以是可以，但是想象一下每次都初始化一个新的Iterator多费劲啊。并且肯定有地方会定义一个临时变量，万一忍不住忘记这已经迭代完了，被迭代第二次呢？

对Iterator进行迭代，是很符合人类思维的事情，因为迭代器本来就是可以迭代的。

对Iterable进行迭代，也是很符合人类思维的事情，”可迭代的对象“本来也是可迭代的，每次迭代的时候在内部初始化一个Iterator进行迭代。

所以现在想想，其实Iterator的这种行为就非常合理了。

Python是一门讲求实用主义的语言。随着越来越多地接触和使用这一门语言，我也越来越体会到这句话。另一个例子是Pyhton的元祖，这个数据结构的灵感来自ABC语言的compounds。compounds可以作为字典（在ABC中字典叫table）的合成键，也支持平行赋值。仅此而已。如果你想使用它，要么使用平行赋值取出全部的元素，要么作为一个整体来使用。这样compounds的作用变得非常纯粹——一个没有字段名字的记录的集合。而Python的tuple，却支持了迭代、下标、切片，给人的印象更像是frozenlist！概念上已经失去了compounds的纯粹。

但是这种实用主义的哲学让Python比ABC更灵活，更好用也更成功。

Although practicality beats purity.

Python 之禅如是说。

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