Python中的迭代器协议与可迭代对象

描述：
在Python中，迭代器协议是支持迭代操作的核心机制。理解可迭代对象（Iterable）和迭代器（Iterator）的区别与联系，以及__iter__()和__next__()方法的作用，是掌握Python迭代机制的关键。

知识点详解：

1. 可迭代对象（Iterable）

   • 定义：任何实现了__iter__()方法的对象，或者实现了__getitem__()方法且支持从0开始索引的对象。
   • 作用：可被用于for循环、列表推导式等迭代上下文中。
   • 常见例子：列表、元组、字符串、字典、集合。
   • 原理：当使用for item in iterable时，Python首先调用iter(iterable)，该函数会返回一个迭代器对象。

2. 迭代器（Iterator）

   • 定义：实现了__iter__()和__next__()方法的对象。__iter__()返回迭代器自身（即self），__next__()返回下一个元素，若无元素则抛出StopIteration异常。
   • 特性：
     • 迭代器是惰性计算的，每次只产生一个元素，节省内存。
     • 迭代器只能向前迭代，不能回退或重置。
   • 注意：迭代器本身也是可迭代对象（因实现了__iter__()）。

3. 协议执行流程

   • 步骤1：对可迭代对象调用iter()，获取其迭代器。
   • 步骤2：重复调用迭代器的__next__()方法，直到捕获StopIteration异常。
   • 示例：for循环的底层行为等价于：

     iterator = iter(iterable)  # 调用iterable.__iter__()
     while True:
         try:
             item = next(iterator)  # 调用iterator.__next__()
         except StopIteration:
             break
         # 循环体处理item
     

示例与对比：

• 列表是可迭代对象，但不是迭代器（因其未实现__next__()）。
• 通过iter(list)返回的列表迭代器是真正的迭代器。
• 自定义可迭代对象需实现__iter__()，并返回一个迭代器对象；若自身同时实现__next__()，则__iter__()可返回self（即自身作为迭代器）。

总结：

• 可迭代对象：提供迭代的能力，但不直接执行迭代。
• 迭代器：实际执行迭代操作，维护迭代状态。
• 协议通过__iter__和__next__方法解耦迭代逻辑，支持多种数据结构的灵活迭代。