Python - 迭代器

大家好，有志於成為 Python 程式設計師的你！今天，我們將進入 Python 迭代器的奇妙世界。身為你親切友善的電腦科學老師，我非常高興能引導你們通過這個迷人的主題。所以，拿起你最喜歡的飲料，放鬆身心，讓我們一起深入探討！

Python - Iterators

Python 迭代器

迭代器是什麼？

想象一下，你有一個裝滿彩色樂高積木的大盒子。迭代器就像一隻神奇的手，可以伸進盒子中一次拿出一塊樂高積木，讓你可以逐一檢查每塊積木，而不需要把整盒的東西倒在地板上。在 Python 中，迭代器的工作方式類似，讓我們可以一次處理一個數據集合中的項目。

迭代器如何工作？

Python 的迭代器是實現了兩個特殊方法的對象：__iter__() 和 __next__()。如果這些對你來說看起來像胡言亂語，先別擔心——我們將一步一步來解釋！

__iter__() 方法返回迭代器對象本身。這就像在說，“嘿，我準備好要開始發樂高積木了！"
__next__() 方法返回序列中的下一個項目。這就像伸手進盒子，拿出下一塊樂高積木。

讓我們透過一個簡單的例子來看看這是怎麼工作的：

# 創建一個列表（我們的樂高積木盒）
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 從列表中獲取迭代器
my_iterator = iter(my_list)

# 使用 next() 一次獲取一個項目
print(next(my_iterator))  # 輸出：1
print(next(my_iterator))  # 輸出：2
print(next(my_iterator))  # 輸出：3

在這個例子中，iter(my_list) 為我們的列表創建了一個迭代器對象。然後，每次調用 next(my_iterator) 從列表中检索下一個項目。

迭代器在循環中的威力

這裡有一個有趣的事實：當你在 Python 中使用 for 循環時，其實你是在幕後使用迭代器！讓我們看看是怎麼回事：

my_list = ["apple", "banana", "cherry"]

for fruit in my_list:
print(f"I love {fruit}!")

# 輸出：
# I love apple!
# I love banana!
# I love cherry!

Python 自動從 my_list 創建一個迭代器，並使用 __next__() 從循環中獲取每個項目。這不是很棒嗎？

迭代器的錯誤處理

那麼，當我們的神奇樂高積木检索手伸進一個空盒子時會發生什麼？在 Python 的語境中，當迭代器中沒有更多的項目時會發生什麼？這就是錯誤處理進場的時候。

當迭代器耗盡（沒有更多的項目）時，它會引發一個 StopIteration 例外。讓我們看看這是怎麼工作的：

my_list = [1, 2, 3]
my_iterator = iter(my_list)

print(next(my_iterator))  # 輸出：1
print(next(my_iterator))  # 輸出：2
print(next(my_iterator))  # 輸出：3
print(next(my_iterator))  # 引發 StopIteration 例外

為了妥善處理這一情況，我們可以使用 try-except 區塊：

my_list = [1, 2, 3]
my_iterator = iter(my_list)

try:
while True:
item = next(my_iterator)
print(item)
except StopIteration:
print("達到迭代器結尾！")

# 輸出：
# 1
# 2
# 3
# 達到迭代器結尾！

這樣，我們可以平滑地處理所有項目並妥善處理迭代器的結尾。

自定义迭代器

現在我們已經了解了迭代器是如何工作的，讓我們來創建自己的迭代器！想象我們想要創建一個倒數計時迭代器。以下是我們可以如何做到這一點：

class Countdown:
def __init__(self, start):
self.start = start

def __iter__(self):
return self

def __next__(self):
if self.start <= 0:
raise StopIteration
self.start -= 1
return self.start + 1

# 使用我們的自定义迭代器
countdown = Countdown(5)
for number in countdown:
print(number)

# 輸出：
# 5
# 4
# 3
# 2
# 1

在這個例子中，我們創建了一個 Countdown 類，它既是一個可迭代的（它有一個 __iter__() 方法）也是一個迭代器（它有一個 __next__() 方法）。每次調用 __next__() 時，它都會返回倒數序列中的下一個數字。

异步迭代器

當我們進入更先進的領域時，讓我們簡短地談談異步迭代器。這些用於異步編程，是一種編寫並發代碼的方法。

異步迭代器與普通迭代器類似，但它使用 async 和 await 關鍵字。以下是一個簡單的例子：

import asyncio

class AsyncCountdown:
def __init__(self, start):
self.start = start

def __aiter__(self):
return self

async def __anext__(self):
await asyncio.sleep(1)  # 模拟一些異步操作
if self.start <= 0:
raise StopAsyncIteration
self.start -= 1
return self.start + 1

async def main():
async for number in AsyncCountdown(5):
print(number)

asyncio.run(main())

# 輸出（帶有 1 秒延時）：
# 5
# 4
# 3
# 2
# 1

這個異步迭代器的工作方式與我們之前的 Countdown 類類似，但它允許異步操作（在這裡用 asyncio.sleep(1) 模拟）。

迭代器方法表格

以下是總結我們討論過的關鍵方法的便捷表格：

方法	描述	用於
`__iter__()`	返回迭代器對象	常規迭代器
`__next__()`	返回序列中的下一個項目	常規迭代器
`__aiter__()`	返回異步迭代器對象	異步迭代器
`__anext__()`	返回異步序列中的下一個項目	異步迭代器

就是這樣，各位！我們已經穿越了 Python 迭代器的領域，從基礎到創建自己的迭代器，甚至還接觸了異步迭代器。記住，就像學習建造樂高一樣，掌握迭代器需要練習。所以，不要害怕實驗並建造你自己的迭代器。編程愉快，願迭代器與你同在！

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