Итератор что это такое
Итераторы в Python
Концепция итераторов никоим образом не специфична для Python. В самом общем виде это объект, который используется для перебора в цикле последовательности элементов. Однако разные языки программирования реализуют данную концепцию по-разному или не реализуют вовсе. В Python каждый цикл for использует итератор, в отличие от многих других языков. В данной статье мы поговорим про итераторы в Python. Кроме того, мы рассмотрим итерируемые объекты (англ. iterables) и т.н. nextables.
Итерируемые объекты
Обратите внимание, что итерируемый объект не обязательно является итератором. Поскольку на самом деле сам по себе он не выполняет итерацию. У вас может быть отдельный объект-итератор, который возвращается из итерируемого класса, а не класс, обрабатывающий свою собственную итерацию. Но об этом позже.
Итераторы
Перейдем к собственно итераторам, рабочей лошадке итерации (особенно в Python). Итераторы – это уровень абстракции, который инкапсулирует знания о том, как брать элементы из некоторой последовательности. Мы намеренно объясняем это в общем виде, поскольку «последовательность» может быть чем угодно, от списков и файлов до потоков данных из базы данных или удаленного сервиса. В итераторах замечательно то, что код, использующий итератор, даже не должен знать, какой источник используется. Вместо этого он может сосредоточиться только на одном, а именно: «Что мне делать с каждым элементом?».
Марк Лутц «Изучаем Python»
Скачивайте книгу у нас в телеграм
Итерация без итератора
Чтобы лучше понять преимущества итераторов, давайте кратко рассмотрим итерацию без итераторов. Примером итерации без итератора является классический цикл for в стиле C. Этот стиль существует не только в C, но и, например, в C++, go и JavaScript.
Пример того, как это выглядит в JavaScript:
Здесь мы видим, что данный тип цикла for должен работать как с извлечением, так и с действиями для каждого элемента.
Все циклы for в Python используют итераторы
Сначала давайте посмотрим на Python-эквивалент предыдущего примера, наиболее близкий к нему синтаксически:
Если вы внимательно посмотрите на пример на JavaScript, вы увидите, что мы сообщаем циклу, когда нужно завершить ( i ), а также — как инкременировать ( i++ ). Итак, чтобы приблизить код Python к такому уровню абстракции, нам нужно написать что-то вроде этого:
Протокол итератора в Python
Отметим, nextable – это не часто используемый термин, потому что его можно запросто превратить в итератор. Как видите, метод __iter__ для итераторов легко реализовать. Фактически, в определении итератора явно указано, что должен делать метод:
Теперь давайте превратим это в итератор, сделав «некстабельным». Метод __next__ должен возвращать следующий объект в последовательности. Он также должен вызывать StopIteration при достижении конца последовательности (т.н. «исчерпание итератора»). То есть, в нашем случае — когда мы дошли до конца алфавита.
Хорошо, теперь давайте посмотрим на код нашего класса, а затем мы объясним, как он работает:
Теперь давайте попробуем сделать это через цикл for :
Мы обрезали вывод, потому что алфавит сейчас не так интересен, не правда ли? Этот итератор, как и следовало ожидать, совершенно бесполезен. Мы могли бы просто перебирать ascii_lowercase напрямую. Но, надеемся, на этом примере вы лучше разобрались в итераторах.
Nextables
Для этого удалим метод __iter__ из предыдущего примера, в результате чего получим следующее:
Python отделяет итератор от последовательности
Мы начали экспериментировать со встроенными последовательностями и сделали небольшое забавное открытие. В Python последовательности сами по себе не являются итераторами. Скорее у каждой есть соответствующий класс-итератор, отвечающий за итерацию. Давайте посмотрим на диапазон в качестве примера:
Просто для проверки используем next с range_iterator :
Создание отдельных Iterable и Nextable
Вооружившись этими новыми знаниями об отделении итерируемого объекта от итератора, мы придумали новую идею:
Итерация действительно проста:
Это просто оболочка для нашей следующей таблицы из примера nextable. Затем пишем цикл:
Однако такая установка хрупкая. Возвращаясь к нашему правильно реализованному итератору, этот код будет работать:
А код с нашей комбинацией iterable + nextable — нет:
Заключение
Давайте подведем итоги! Во-первых, теперь вы знаете, что все циклы for в Python используют итераторы! Кроме того, как мы увидели, итераторы в Python позволяют нам отделить код, выполняющий итерацию, от кода, работающего с каждым элементом. Мы также надеемся, что вы узнали немного больше о том, как работают итераторы в Python и что такое протокол итератора.
На этом пока все, и мы надеемся, вам понравился более глубокий взгляд на протокол итераторов в Python!
Итерируемые объекты и итераторы: углублённое руководство по JavaScript
Эта статья представляет собой углублённое введение в итерируемые объекты (iterables) и итераторы (iterators) в JavaScript. Моя главная мотивация к её написанию заключалась в подготовке к изучению генераторов. По сути, я планировал позднее поэкспериментировать с комбинированием генераторов и хуками React. Если вам это интересно, то следите за моим Twitter или YouTube!
Вообще-то я планировал начать со статьи про генераторы, но вскоре стало очевидно, что о них сложно рассказывать без хорошего понимания итерируемых объектов и итераторов. На них мы сейчас и сосредоточимся. Буду исходить из того, что вы ничего не знаете по этой теме, но при этом мы значительно углубимся в неё. Так что если вы что-то знаете об итерируемых объектах и итераторах, но не чувствуете себя достаточно уверенно при их использовании, эта статья вам поможет.
Введение
Как вы заметили, мы обсуждаем итерируемые объекты и итераторы. Это взаимосвязанные, но разные концепции, так что при чтении статьи обращайте внимание, о какой из них идёт речь в конкретном случае.
Начнём с итерируемых объектов. Что это такое? Это нечто, что может быть итерировано, например:
Этот код выведет на экран:
То есть переменная element на каждом этапе итерации хранит массив из двух элементов. Первый из них — ключ, второй — значение.
Забавно, что конструктор Map опционально принимает итерируемые объекты пар ключ-значение. То есть это альтернативный способ конструирования такого же Map :
А поскольку Map является итерируемым объектом, мы можем очень легко создавать его копии:
Например, можно извлечь итератор массива:
А что такое итератор?
В консоли увидим объект < value: 1, done: false >. Первый элемент созданного нами массива — 1, и здесь она появилась в качестве значения. Также мы получили информацию, что итератор ещё не завершился, то есть мы можем пока вызывать функцию next и получать какие-то значения. Давайте попробуем! Вызовем next ещё два раза:
Этот код эквивалентен такому:
Создаём собственный итератор
Теперь мы знаем, что такое итерируемые объекты и итераторы. Возникает вопрос: «Можно ли написать собственные экземпляры?»
Давайте напишем собственные итераторы, сделав такой объект итерируемым!
Конструктор нашего класса берёт обычный объект и копирует его свойства в итерируемый объект (хотя на самом деле он ещё не является итерируемым!).
Создадим итерируемый объект:
Теперь можно писать настоящий итератор!
После каждого вызова next нужно возвращать объект вида < value, done >. Сделаем его с выдуманными значениями.
Учитывая такой итерируемый объект:
мы будем выводить пары ключ-значение, аналогично тому, как делает итерирование ES6 Map :
Теперь мы готовы вернуть фактическое значение в методе next :
Этот код почти работает. Осталось добавить только одно.
После наших изменений класс IterableObject выглядит так:
Работает! Вот что выводится в консоли:
Кроме того, мы можем настраивать, что именно должны возвращать такие итерации. Сейчас наш итератор возвращает пары ключ-значение. А если нам нужны только значения? Легко, просто перепишем итератор:
Мы вернули одни лишь значения объектов. Всё это доказывает гибкость самописных итераторов. Вы можете заставить их возвращать что угодно.
Итераторы как… итерируемые объекты
Люди очень часто путают итераторы и итерируемые объекты. Это ошибка, и я старался аккуратно разделить эти два понятия. Подозреваю, мне известна причина, по которой люди так часто их путают.
Оказывается, что итераторы… иногда являются итерируемыми объектами!
Проверить это можно, если взять итератор, возвращённый из массива, и вызвать применительно к нему [Symbol.iterator]() :
Если сравнить оба итератора с помощью ===, то окажется, что они совершенно одинаковы:
В результате этот фрагмент:
Во-первых, вам может потребоваться создать итератор без принадлежности к какому-нибудь итерируемому объекту. Мы рассмотрим этот пример ниже, и это не такая уж редкость. Иногда нам просто не нужнен сам итерируемый объект.
Этот код работает, потому что итераторы, возвращённые методами, являются и итерируемыми объектами. В противном случае пришлось бы, скажем, обёртывать результат вызова map.entries() в какой-нибудь дурацкий итерируемый объект. К счастью, нам это делать не нужно.
Состояние итератора
Теперь должно быть очевидно, что у каждого итератора есть ассоциированное с ним состояние. Например, в итераторе IterableObject мы хранили состояние — переменную index — в виде замыкания. И обновляли её после каждого этапа итерации.
Давайте вручную вызовем next после завершения цикла:
Вот оно что. После завершения цикла итератор переходит в состояние «done». Теперь он всегда будет возвращать объект < value: undefined, done: true >.
Теперь всё работает так, как ожидается. Давайте разберёмся, почему работает многократный прямой циклический проход по массиву:
Итераторы и массивы
И когда говорят, что у массива есть длина, имеют в виду, что эта длина конечна. В JavaScript не бывает бесконечных массивов.
Эти два качества указывают на жадность массивов.
А итераторы ленивые.
Чтобы показать это, создадим два своих итератора: первый будет бесконечным, в отличие от конечных массивов, а второй будет инициализировать свои значения только тогда, когда они будут запрошены пользователем итератора.
Начнём с бесконечного итератора. Звучит пугающе, но создать его очень просто: итератор начинается с 0 и на каждом этапе возвращает следующее число в последовательности. Вечно.
И последнее: это случай, о котором я упоминал выше — мы создали итератор, но для работы ему не нужен итерируемый «родитель».
После запуска мы увидим в консоли:
Мы действительно создали бесконечный итератор, возвращающий столько чисел, сколько пожелаете. И сделать его было очень легко!
Теперь напишем итератор, который не создаёт значения, пока они не будут запрошены.
Ну… мы уже его сделали!
Это может выглядеть довольно бесполезным. Ведь числа создаются быстро и не занимают много места в памяти. Но если вы работаете с очень большими объектами, занимающими много памяти, то иногда замена массивов на итераторы может быть очень полезной, ускорив программу и сэкономив память.
Чем больше объект (или чем дольше он создаётся), тем больше выгода.
Другие способы использования итераторов
Мы уже видели, что конструктор Map принимает итерируемые объекты в качестве аргумента. Вы также можете с помощью метода Array.from легко преобразовать итерируемый объект в массив. Но будьте осторожны! Как я говорил, ленивость итератора иногда может быть большим преимуществом. Преобразование в массив лишает ленивости. Все значения, возвращаемые итератором, начинают инициализироваться немедленно, а затем помещаются в массив. Это означает, что если мы попробуем преобразовать бесконечный counterIterator в массив, то это приведёт к катастрофе. Array.from будет исполняться вечно без возвращения результата. Так что перед преобразованием итерируемого объекта/итератора в массив нужно убедиться в безопасности операции.
Также можно получить из итерируемого объекта все значения и применить их к функции:
Урок №198. Итераторы STL
Обновл. 15 Сен 2021 |
Итератор — это объект, который способен перебирать элементы контейнерного класса без необходимости пользователю знать реализацию определенного контейнерного класса. Во многих контейнерах (особенно в списке и в ассоциативных контейнерах) итераторы являются основным способом доступа к элементам этих контейнеров.
Функционал итераторов
Об итераторе можно думать, как об указателе на определенный элемент контейнерного класса с дополнительным набором перегруженных операторов для выполнения четко определенных функций:
Оператор * возвращает элемент, на который в данный момент указывает итератор.
Оператор ++ перемещает итератор к следующему элементу контейнера. Большинство итераторов также предоставляют оператор −− для перехода к предыдущему элементу.
Каждый контейнерный класс имеет 4 основных метода для работы с оператором = :
метод begin() возвращает итератор, представляющий начальный элемент контейнера;
метод end() возвращает итератор, представляющий элемент, который находится после последнего элемента в контейнере;
метод cbegin() возвращает константный (только для чтения) итератор, представляющий начальный элемент контейнера;
метод cend() возвращает константный (только для чтения) итератор, представляющий элемент, который находится после последнего элемента в контейнере.
Может показаться странным, что метод end() не указывает на последний элемент контейнера, но это сделано в целях упрощения использования циклов: цикл перебирает элементы до тех пор, пока итератор не достигнет метода end(), и тогда уже всё — «Баста!».
Наконец, все контейнеры предоставляют (как минимум) два типа итераторов:
container::iterator — итератор для чтения/записи;
container::const_iterator — итератор только для чтения.
Рассмотрим несколько примеров использования итераторов.
Итерация по вектору
Заполним вектор 5-ю числами и с помощью итераторов выведем значения вектора:
Введение в итераторы в С++
Обновл. 15 Сен 2021 |
На этом уроке мы рассмотрим тему использования итераторов в языке С++, а также связанные с этим нюансы.
Итерация по элементам структур данных
Итерация/перемещение по элементам массива (или какой-нибудь другой структуры) является довольно распространенным действием в программировании. Мы уже рассматривали множество различных способов выполнения данной задачи, а именно: с использованием циклов и индексов (циклы for и while), с помощью указателей и адресной арифметики, а также с помощью циклов for с явным указанием диапазона:
Использование циклов с индексами в ситуациях, когда мы используем их только для доступа к элементам, требует написания большего количества кода, нежели могло бы быть.
При этом данный способ работает только в том случае, если контейнер (например, массив), содержащий данные, дает возможность прямого доступа к своим элементам (что делают массивы, но не делают некоторые другие типы контейнеров, например, списки).
Использование циклов с указателями и адресной арифметикой требует довольно большого объёма теоретических знаний и может сбить с толку читателей, которые не знакомы с адресной арифметикой и не знают её правил. Да и сама адресная арифметика применима лишь в том случае, если элементы структуры данных расположены в памяти последовательно (что опять же верно для массивов, но не всегда выполняется для других типов данных, таких как списки, деревья, карты).
Примечание для продвинутых читателей: Указатели (без адресной арифметики) могут использоваться для перебора/итерации некоторых структур данных с непоследовательным расположением элементов. Например, в связном списке каждый элемент соединен указателем с предыдущим элементом, поэтому мы можем перебирать список, следуя по цепочке указателей.
Циклы for с явным указанием диапазона чуть более интересны, поскольку у них скрыт механизм перебора нашего контейнера, но при всем этом они всё равно могут быть применены к различным структурам данных (массивы, списки, деревья, карты и т.д.). «Как же они работают?» — спросите вы. Они используют итераторы.
Итераторы в С++
Итератор — это объект, разработанный специально для перебора элементов контейнера (например, значений массива или символов в строке), обеспечивающий во время перемещения по элементам доступ к каждому из них.
Контейнер может предоставлять различные типы итераторов. Например, контейнер на основе массива может предлагать прямой итератор, который проходится по массиву в прямом порядке, и реверсивный итератор, который проходится по массиву в обратном порядке.
После того, как итератор соответствующего типа создан, программист может использовать интерфейс, предоставляемый данным итератором, для перемещения по элементам контейнера или доступа к его элементам, не беспокоясь при этом о том, какой тип перебора элементов задействован или каким образом в контейнере хранятся данные. И, поскольку итераторы в языке С++ обычно используют один и тот же интерфейс как для перемещения по элементам контейнера (оператор ++ для перехода к следующему элементу), так и для доступа (оператор * для доступа к текущему элементу) к ним, итерации можно выполнять по разнообразным типам контейнеров, используя последовательный метод.
Указатели в качестве итераторов
Простейший пример итератора — это указатель, который (используя адресную арифметику) работает с последовательно расположенными элементами данных. Давайте снова рассмотрим пример перемещения по элементам массива, используя указатель и адресную арифметику:
Итераторы в C++: введение
Всем привет! Изучая контейнеры STL мы использовали новый вид переменных — итераторы. Так давайте узнаем, зачем ими пользуются?
Что такое итератор
Кстати по мере того, как мы будем изучать итераторы, вам все больше будет казаться, что итераторы и есть указатели (это мы разберем ниже).
Как создать итератор
Далее для его создании нам потребуется использовать вот эту схему:
Вам нужно помнить! Если вы создали итератор и случайно ввели не тот тип данных, который указали при создании контейнера, то ваша программа будет работать неправильно и вообще может сломается.
Методы начала и конца контейнеров
У каждого контейнера имеются два метода, которые, как указатели передают итератору начало или конец контейнера — begin() и end().
Также при инициализации итератора мы можем с самого начала написать, куда он будет указывать:
Итератор на vector
Для итератора на vector вы можете:
Использовать выше сказанные операции можно только с идентичными итераторами, которые указывают на одинаковый контейнер и тип.
Есть исключение из правил — если вы создадите два одинаковых итератора на map то при сравнивании они не будут одинаковы.
Например, если мы создали два итератора на один и тот же контейнер, но указали для них разный тип данных и решили использовать выше сказанные операции — то компилятор начнет ругаться.
Итератор на list, set, map
Все остальное можно использовать:
Кстати использовать арифметические операции, чтобы увеличить итератор на один, как это делает инкремент — нельзя.
Вот как она работает:
Как работают итераторы
Чтобы понять, как работают итераторы, давайте разберем их использование на практике. В примере ниже с помощью итератора мы выводим содержимое вектора на экран:
Выше мы говорили, что метод end() указывает на одну ячейку больше последней. Поэтому, чтобы обратится к последнему элементу в векторе нам понадобилось отнять 1.
Вы наверняка заметили, что мы выводим элементы задом наперед:
Важно знать! Если мы захотели выполнить операцию разыменования для ячейки, у которой индекс больше итератора на 5, то это сделать нужно именно так:
Если мы сделаем так, то мы выведем сумму ячейки на которую указывает итератор и пяти. А хотели же прибавить к итератору пять и применить операцию разыменования.
Все потому что, операция разыменования * происходит быстрее, чем операция присваивание. У этих операций совсем разный приоритет использования. У этой * больше, а у этой + меньше.
Итератор это не указатель
Сейчас после всего узнанного многие могут подумать, что итераторы это и есть указатели. Так как очень много общего между ними.
Да итератор это усовершенствованная версия указателя, которая только работает с контейнерами. В некоторых языках указатель называют итератором, но это не значит, что он и есть указатель в C++.
Чтобы удостовериться в том, что итератор это не указатель давайте проверим это в программе ниже.