range()是什麼？為什麼不生產迭代器？

這篇文章帶給大家的內容是關於range()是什麼？為什麼不生產迭代器？有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有幫助。

迭代器是 23 種設計模式中最常用的一種（之一），在 Python 中隨處可見它的身影，我們經常用到它，但是卻不一定意識到它的存在。在關於迭代器的系列文章中（連結請參閱文末），我至少提到了 23 種產生迭代器的方法。有些方法是專門用來產生迭代器的，有些方法則是為了解決別的問題而「暗中」使用到迭代器。

在系統學習迭代器之前，我一直以為 range() 方法也是用來產生迭代器的，現在卻突然發現，它產生的只是可迭代對象，而不是迭代器！ （PS：Python2 中 range() 產生的是列表，本文基於Python3，生成的是可迭代物件）

於是，我有了這樣的疑問：為什麼 range() 不產生迭代器呢？在尋找答案的過程中，我發現自己對 range 類型的認知有些誤解。因此，本文將會和大家全面地認識 range ，期待與你共同學習進步。

1、range() 是什麼？

它的語法：range(start, stop [,step]) ；start 指的是計數起始值，預設為0；stop 指的是計數結束值，但不包括stop ； step 是步長，預設為1，不可以為0 。 range() 方法產生一段左閉右開的整數範圍。

>>> a = range(5)  # 即 range(0,5)
>>> a
range(0, 5)
>>> len(a)
5
>>> for x in a:
>>>     print(x,end=" ")
0 1 2 3 4

對於range() 函數，有幾個注意點：（1）它表示的是左閉右開區間；（2）它接收的參數必須是整數，可以是負數，但不能是浮點數等其它類型；（3）它是不可變的序列類型，可以進行判斷元素、查找元素、切片等操作，但不能修改元素；（4）它是可迭代對象，卻不是迭代器。

# （1）左闭右开
>>> for i in range(3, 6):
>>>     print(i,end=" ")
3 4 5

# （2）参数类型
>>> for i in range(-8, -2, 2):
>>>     print(i,end=" ")
-8 -6 -4
>>> range(2.2)
----------------------------
TypeError    Traceback (most recent call last)
...
TypeError: 'float' object cannot be interpreted as an integer

# （3）序列操作
>>> b = range(1,10)
>>> b[0]
1
>>> b[:-3]
range(1, 7)
>>> b[0] = 2
TypeError  Traceback (most recent call last)
...
TypeError: 'range' object does not support item assignment

# （4）不是迭代器
>>> hasattr(range(3),'__iter__')
True
>>> hasattr(range(3),'__next__')
False
>>> hasattr(iter(range(3)),'__next__')
True

2、 為什麼range()不生產迭代器？

可以取得迭代器的內建方法很多，例如zip() 、enumerate()、map()、filter() 和reversed() 等等，但像range() 這樣只是得到的是可迭代物件的方法就絕無僅有了（若有反例，歡迎告知）。這就是我存在知識迷思的地方。

在 for-迴圈 遍歷時，可迭代物件與迭代器的效能是一樣的，即它們都是惰性求值的，在空間複雜度與時間複雜度上並無差異。我曾概括過兩者的差異是「一同兩不同」：相同的是都可惰性迭代，不同的是可迭代物件不支援自遍歷（即next()方法），而迭代器本身不支援切片（即__getitem__() 方法）。

雖然有這些差別，但很難下結論說它們哪個比較優。現在微妙之處就在於，為什麼給 5 種內建方法都設計了迭代器，偏偏給 range() 方法設計的就是可迭代物件呢？把它們都統一起來，不是更好麼？

事實上，Pyhton 為了規範性就做過不少這種事，例如，Python2 中有range() 和xrange() 兩種方法，而Python3 就乾掉了其中一種，還用了「李代桃僵」法。為什麼不更規範點，令 range() 產生的是迭代器呢？

關於這個問題，我沒找到官方解釋，以下純屬個人觀點 。

zip() 等方法都需要接收確定的可迭代物件的參數，是對它們的一種再加工的過程，因此也希望馬上產出確定的結果來，所以Python 開發者就設計了這個結果是迭代器。這樣還有一個好處，當作為參數的可迭代物件發生變化的時候，作為結果的迭代器因為是消耗型的，不會被錯誤地使用。

而range() 方法就不同了，它接收的參數不是可迭代對象，本身是一種初次加工的過程，所以設計它為可迭代對象，既可以直接使用，也可以用於其它再加工用途。例如，zip() 等方法就完全可以接收 range 類型的參數。

>>> for i in zip(range(1,6,2), range(2,7,2)):
>>>    print(i, end="")
(1, 2)(3, 4)(5, 6)

也就是說，range() 方法作為一種初級生產者，它生產的原料本身就有很大用途，早早把它變為迭代器的話，無疑是一種畫蛇添足的行為。

對於這種解讀，你是否覺得有道理呢？歡迎就這個話題與我探討。

3、range 類型是什麼？

以上是我對「為什麼range()不產生迭代器」的一種解答。順著這個思路，我研究了一下它所產生的 range 對象，一研究就發現，這個 range 對像也不簡單。

首先奇怪的一點就是，它竟然是不可變序列！我從未註意過這一點。雖然說，我從未想過要修改 range() 的數值，但這不可修改的特性還是令我驚訝。

翻閱文檔，官方是這樣明確劃分的－有三種基本的序列類型：列表、元組和範圍（range）物件。 （There are three basic sequence types: lists, tuples, and range objects.）  

这我倒一直没注意，原来 range 类型居然跟列表和元组是一样地位的基础序列！我一直记挂着字符串是不可变的序列类型，不曾想，这里还有一位不可变的序列类型呢。

那 range 序列跟其它序列类型有什么差异呢？

普通序列都支持的操作有 12 种，在《你真的知道Python的字符串是什么吗？》这篇文章里提到过。range 序列只支持其中的 10 种，不支持进行加法拼接与乘法重复。

>>> range(2) + range(3)
-----------------------------------------
TypeError  Traceback (most recent call last)
...
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'range' and 'range'

>>> range(2)*2
-----------------------------------------
TypeError  Traceback (most recent call last)
...
TypeError: unsupported operand type(s) for *: 'range' and 'int'

那么问题来了：同样是不可变序列，为什么字符串和元组就支持上述两种操作，而偏偏 range 序列不支持呢？虽然不能直接修改不可变序列，但我们可以将它们拷贝到新的序列上进行操作啊，为何 range 对象连这都不支持呢？

且看官方文档的解释：

...due to the fact that range objects can only represent sequences that follow a strict pattern and repetition and concatenation will usually violate that pattern.

原因是 range 对象仅仅表示一个遵循着严格模式的序列，而重复与拼接通常会破坏这种模式...

问题的关键就在于 range 序列的 pattern，仔细想想，其实它表示的就是一个等差数列啊（喵，高中数学知识没忘...），拼接两个等差数列，或者重复拼接一个等差数列，想想确实不妥，这就是为啥 range 类型不支持这两个操作的原因了。由此推论，其它修改动作也会破坏等差数列结构，所以统统不给修改就是了。

4、小结

回顾全文，我得到了两个偏冷门的结论：range 是可迭代对象而不是迭代器；range 对象是不可变的等差序列。

若单纯看结论的话，你也许没有感触，或许还会说这没啥了不得啊。但如果我追问，为什么 range 不是迭代器呢，为什么 range 是不可变序列呢？对这俩问题，你是否还能答出个自圆其说的设计思想呢？（PS：我决定了，若有机会面试别人，我必要问这两个问题的嘿~）

由于 range 对象这细微而有意思的特性，我觉得这篇文章写得值了。本文是作为迭代器系列文章的一篇来写的，所以对于迭代器的基础知识介绍不多，欢迎查看之前的文章。另外，还有一种特殊的迭代器也值得单独成文，那就是生成器了，敬请期待后续推文哦~

以上是range()是什麼？為什麼不生產迭代器？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！