理解Python中的 for 循环

Pythonic for 循环与其他编程语言的 for 循环非常不同。 Python中的 for 循环用于遍历迭代器，但在其他语言中，它用于遍历条件。在本文中，我们将深入探讨 Pythonic for 循环，并见证这种差异背后的原因。让我们先熟悉一下循环陷阱：

for循环中的陷阱

如果你不知道“gotcha”是什么意思：编码中的“gotcha”是一个术语，用于描述一种编程语言的特性（比如 for-loop、函数、return 语句等），它可能通过显示来玩诡计与预期结果不符的行为。这里有两个臭名昭著的 for 循环陷阱：

考虑这个例子：

numList = [0, 1, 2, 3, 4]
squares = (n**2 for n in numList)

这里，变量squares包含numList元素的可迭代平方。如果我们检查 16 是否在squares中，我们得到 True，但如果我们再次检查，我们得到 False。

for循环

for循环的总和：

看看这个：

numList = [0, 2, 4, 6, 8]
doubles = (n * 2 for n in numList)

我们可以把它doubles一个列表或元组来查看它的元素。让我们计算双精度元素的总和。根据预期，结果应该是 40。
但是，我们得到的是 0。

for循环

为了理解这个异常，让我们首先看看 for 循环的“幕后”工作。

在for循环内部

如前所述，其他编程语言（如 C、C++、 Java）的 for 循环会循环一个条件。例如：

let numList = [0, 1, 2, 3, 4];
for (let i = 0; i < numList.length; i += 1) {
    print(numList[i])
}

上面的代码是用 Javascript 编写的。正如所见，for 循环与我们在Python中看到的完全不同。这是因为我们在Python中所说的 for 循环实际上是一个“foreach”循环。 foreach 循环不像 for 循环那样维护计数器。 for 循环作用于可迭代元素的索引，而不是元素本身。但是 foreach 循环直接作用于元素而不是它们的索引，因此没有条件，没有初始化，也没有索引的增量。

numList = [0, 1, 2, 3, 4]
  
# for loop in Python
for n in numList: 
    print(n)

因此，可以说我们在Python中没有 for 循环，但我们有 foreach 循环，这些循环是作为 for 循环实现的！
有人可能会认为Python在底层使用索引在 for 循环中循环。但答案是否定的。让我们看一个例子来证明这一点：
我们将借助 while 循环来使用索引。

games = { 'tennis', 'baseball', 'rugby', 'soccer' } 
i = 0
  
while i < len(games):
    print(games[i])
    i += 1

输出：

for循环

这证明Python没有使用索引进行循环，因此我们不能使用索引遍历所有内容。现在出现了一个简单的问题， Python使用什么来循环？答案是，迭代器！

迭代器

我们知道什么是可迭代对象（列表、字符串、元组等）。迭代器可以被认为是可迭代对象的电源。可迭代对象由迭代器组成，这有助于Python循环遍历可迭代对象。为了从可迭代对象中提取迭代器，我们使用 Python 的iter函数。

for循环

让我们看一个例子：

games = ['tennis', 'baseball', 'rugby', 'soccer']
iterator = iter(games)
  
# we use the next() function to 
# print the next item of iterable
print(next(iterator)) 
print(next(iterator))
print(next(iterator))

如果我们在到达最后一项后继续使用next()函数，我们将得到一个 StopIteration 错误。

注意：一旦迭代器中的项目全部用完（迭代结束），它就会从内存中删除！

for循环

现在我们知道了循环是如何工作的，让我们尝试使用迭代器的强大功能创建我们自己的循环。

# Python program to demonstrate
# power of iterators
  
  
# creating our own loop
def newForLoop(iterable): 
  
    # extracting iterator out of iterable
    iterator = iter(iterable) 
  
    # condition to check if looping is done
    loopingFinished = False 
  
    while not loopingFinished:
        try:
            nextItem = next(iterator)
        except StopIteration:
            loopingFinished = True
        else:
            print(nextItem)
              
# Driver's code
newForLoop([1, 2, 3, 4])

输出：

我们需要了解迭代器，因为我们几乎每次都使用迭代器，甚至知道它。最常见的例子是生成器。生成器是迭代器。我们可以将迭代器的每一个函数都应用到生成器上。

numList = [0, 2, 4]
  
# creating a generator named "squares"
squares = (n**2 for n in numList) 
  
print(next(squares))
print(next(squares))
print(next(squares))

输出：

0 
4 
16

解决循环问题

现在我们知道了 for 循环到底是什么以及它们在Python中是如何工作的，我们将从我们开始的地方结束这篇文章，也就是说，通过尝试推理出前面看到的循环陷阱。

部分耗尽迭代器：

当我们这样做时：

numList = [0, 1, 2, 3, 4]
squares = (n**2 for n in numList)

并询问 9 是否在squares中，我们得到了 True。但再次询问会返回 False。这是因为当我们第一次询问 9 是否存在时，它会遍历迭代器（生成器）以找到 9，并且我们知道一旦到达迭代器中的下一项，就会删除前一项。这就是为什么一旦我们找到 9，9 之前的所有数字都会被删除并再次询问返回 False。因此，我们已经部分用尽了迭代器。

完全耗尽迭代器：

在这段代码中：

numList = [0, 2, 4, 6, 8]
doubles = (n * 2 for n in numList)

当我们将doubles转换为列表时，我们已经在迭代迭代器中的每个项目。因此，迭代器完全耗尽，最后没有任何项目留在其中。这就是元组上的函数sum()返回零的原因。如果我们在不将其转换为列表的情况下进行求和，它将返回正确的输出。

for循环