深入探討迭代器（Iterator）

一、Iterator是什麼

迭代器（Iterator）是一種設計模式，它提供了一種順序訪問容器（Container）對象中各個元素的方法，而又不暴露該對象的內部表示。通過迭代器，我們可以對一個序列進行遍歷，從而訪問該序列中的每一個元素。迭代器中最常見的方法就是next()方法，它用於獲取序列中的下一個元素。

迭代器可以對各種容器對象進行遍歷操作，如列表（List）、元組（Tuple）、集合（Set）、字典（Dictionary）等。Python語言中，所有內置的容器對象都具有__iter__()方法，該方法返回一個迭代器對象。可以通過內置函數iter()來創建迭代器對象。

# 列表容器
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 獲取迭代器對象
iterator = iter(my_list)

# 遍歷容器中的元素
print(next(iterator))  # 1
print(next(iterator))  # 2
print(next(iterator))  # 3
print(next(iterator))  # 4
print(next(iterator))  # 5

二、Iterator使用方法

1. for循環遍歷容器

通過for循環遍歷容器是Python中最常用的方法之一。在使用for循環遍歷容器時，Python會自動調用該容器的__iter__()方法，返回一個迭代器對象，並不斷調用迭代器對象的next()方法，獲取容器中的下一個元素。下面是一個使用for循環來遍歷列表的例子：

# 列表容器
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 使用for循環遍歷列表
for item in my_list:
    print(item)

2. while循環遍歷容器

通過while循環遍歷容器時，需要使用next()方法不斷獲取容器中的下一個元素，當元素獲取完畢時，next()方法會拋出StopIteration異常。下面是一個使用while循環遍歷列表的例子：

# 列表容器
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

# 獲取迭代器對象
iterator = iter(my_list)

# 使用while循環遍歷列表
while True:
    try:
        item = next(iterator)
        print(item)
    except StopIteration:
        break

三、Iterator高級用法

1. 自定義迭代器

Python中，任何對象，只要實現了__iter__()方法和__next__()方法，就可以被稱為迭代器對象。下面是一個自定義迭代器對象的例子：

class MyIterator:
    def __init__(self, start, end):
        self.current = start
        self.end = end

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current > self.end:
            raise StopIteration
        else:
            value = self.current
            self.current += 1
            return value

# 使用自定義迭代器
iterator = MyIterator(1, 5)
for item in iterator:
    print(item)

2. 裝飾器函數生成迭代器

Python中的生成器（Generator）是一種特殊的迭代器，可以通過函數的方式來實現，使用yield語句來暫停執行，並返回一個值。下面是一個裝飾器函數，用於生成迭代器的例子：

# 裝飾器，生成迭代器
def my_iterator(start, end):
    for i in range(start, end+1):
        yield i

# 使用生成的迭代器
iterator = my_iterator(1, 5)
for item in iterator:
    print(item)

3. 多個迭代器共同遍歷容器

在Python中，可以使用內置函數zip()將多個迭代器共同遍歷一個容器。下面是一個使用zip()函數進行遍歷的例子：

# 兩個列表容器
my_list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
my_list2 = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']

# 獲取迭代器對象
iterator1 = iter(my_list1)
iterator2 = iter(my_list2)

# 使用zip函數進行遍歷
for item1, item2 in zip(iterator1, iterator2):
    print(item1, item2)

四、總結

迭代器是一種非常重要的設計模式，可以讓我們方便地遍歷容器對象，並訪問容器中的每一個元素。Python語言中內置了迭代器對象，同時也支持自定義迭代器，可以根據需要來選擇不同的遍歷方式。