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。在關于迭代器的系列文章中（鏈接見文末），我至少提到了 23 種生成迭代器的方法。有些方法是專門用于生成迭代器的，還有一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() 方法也是用于生成迭代器的，現在卻突然發現，它生成的只是可迭代對象，而并不是迭代器！ （PS：Python2 中 range() 生成的是列表，本文基于Python3，生成的是可迭代對象）

于是，我有了這樣的疑問：為什么 range() 不生成迭代器呢？在查找答案的過程中，我發現自己對 range 類型的認識存在一些誤區。因此，本文將和大家全面地認識一下 range ，期待與你共同學習進步。

1、range() 是什么？

它的語法：range(start, stop [,step]) ；start 指的是計數起始值，默認是 0；stop 指的是計數結束值，但不包括 stop ；step 是步長，默認為 1，不可以為 0 。range() 方法生成一段左閉右開的整數范圍。

>>> 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

對于 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）左閉右開
>>> for i in range(3, 6):
>>>     print(i,end=" ")
3 4 5

# （2）參數類型
>>> 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、 為什么range()不生產迭代器？

可以獲得迭代器的內置方法很多，例如 zip() 、enumerate()、map()、filter() 和 reversed() 等等，但是像 range() 這樣僅僅得到的是可迭代對象的方法就絕無僅有了（若有反例，歡迎告知）。這就是我存在知識誤區的地方。

在 for-循環 遍歷時，可迭代對象與迭代器的性能是一樣的，即它們都是惰性求值的，在空間復雜度與時間復雜度上并無差異。我曾概括過兩者的差別是“一同兩不同”：相同的是都可惰性迭代，不同的是可迭代對象不支持自遍歷（即next()方法），而迭代器本身不支持切片（即__getitem__() 方法）。

雖然有這些差別，但很難得出結論說它們哪個更優。現在微妙之處就在于，為什么給 5 種內置方法都設計了迭代器，偏偏給 range() 方法設計的就是可迭代對象呢？把它們都統一起來，不是更好么？

事實上，Pyhton 為了規范性就干過不少這種事，例如，Python2 中有 range() 和 xrange() 兩種方法，而 Python3 就干掉了其中一種，還用了“李代桃僵”法。為什么不更規范點，令 range() 生成的是迭代器呢？

關于這個問題，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對象的參數，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，即當作為參數的可迭代對象發生變化的時候，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，也可以用于其它再加工用途。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。

對于這種解讀，你是否覺得有道理呢？歡迎就這個話題與我探討。

3、range 類型是什么？

以上是我對“為什么range()不產生迭代器”的一種解答。順著這個思路，我研究了一下它產生的 range 對象，一研究就發現，這個 range 對象也并不簡單。

首先奇怪的一點就是，它竟然是不可變序列！我從未注意過這一點。雖然說，我從未想過修改 range() 的值，但這一不可修改的特性還是令我驚訝。

翻看文檔，官方是這樣明確劃分的——有三種基本的序列類型：列表、元組和范圍（range）對象。（There are three basic sequence types: lists, tuples, and range objects.）

這我倒一直沒注意，原來 range 類型居然跟列表和元組是一樣地位的基礎序列！我一直記掛著字符串是不可變的序列類型，不曾想，這里還有一位不可變的序列類型呢。

那 range 序列跟其它序列類型有什么差異呢？

普通序列都支持的操作有 12 種，在《你真的知道Python的字符串是什么嗎？》這篇文章里提到過。range 序列只支持其中的 10 種，不支持進行加法拼接與乘法重復。

>>> 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'

那么問題來了：同樣是不可變序列，為什么字符串和元組就支持上述兩種操作，而偏偏 range 序列不支持呢？雖然不能直接修改不可變序列，但我們可以將它們拷貝到新的序列上進行操作啊，為何 range 對象連這都不支持呢？

且看官方文檔的解釋：

…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 對象僅僅表示一個遵循著嚴格模式的序列，而重復與拼接通常會破壞這種模式…

問題的關鍵就在于 range 序列的 pattern，仔細想想，其實它表示的就是一個等差數列啊（喵，高中數學知識沒忘…），拼接兩個等差數列，或者重復拼接一個等差數列，想想確實不妥，這就是為啥 range 類型不支持這兩個操作的原因了。由此推論，其它修改動作也會破壞等差數列結構，所以統統不給修改就是了。

4、小結

回顧全文，我得到了兩個偏冷門的結論：range 是可迭代對象而不是迭代器；range 對象是不可變的等差序列。

若單純看結論的話，你也許沒有感觸，或許還會說這沒啥了不得啊。但如果我追問，為什么 range 不是迭代器呢，為什么 range 是不可變序列呢？對這倆問題，你是否還能答出個自圓其說的設計思想呢？（PS：我決定了，若有機會面試別人，我必要問這兩個問題的嘿~）

由于 range 對象這細微而有意思的特性，我覺得這篇文章寫得值了。本文是作為迭代器系列文章的一篇來寫的，所以對于迭代器的基礎知識介紹不多，歡迎查看之前的文章。另外，還有一種特殊的迭代器也值得單獨成文，那就是生成器了，敬請期待后續推文哦~

相關文章：
Python進階：迭代器與迭代器切片
Python進階：設計模式之迭代器模式
你真的知道Python的字符串是什么嗎？

官方文檔：http://t.cn/EGMzJt8

編輯：hfy