Python标准库之循环器(itertools)介绍

在循环对象和函数对象中，我们了解了循环器(iterator)的功能。循环器是对象的容器，包含有多个对象。通过调用循环器的next()方法 (__next__()方法，在Python 3.x中)，循环器将依次返回一个对象。直到所有的对象遍历穷尽，循环器将举出StopIteration错误。

在for i in iterator结构中，循环器每次返回的对象将赋予给i，直到循环结束。使用iter()内置函数，我们可以将诸如表、字典等容器变为循环器。比如:

标准库中的itertools包提供了更加灵活的生成循环器的工具。这些工具的输入大都是已有的循环器。另一方面，这些工具完全可以自行使用Python实现，该包只是提供了一种比较标准、高效的实现方式。这也符合Python“只有且最好只有解决方案”的理念。

无穷循环器

count(5, 2)     #从5开始的整数循环器，每次增加2，即5, 7, 9, 11, 13, 15 ...
cycle('abc')    #重复序列的元素，既a, b, c, a, b, c ...
repeat(1.2)     #重复1.2，构成无穷循环器，即1.2, 1.2, 1.2, ...

repeat也可以有一个次数限制:

repeat(10, 5)   #重复10，共重复5次

函数式工具

函数式编程是将函数本身作为处理对象的编程范式。在Python中，函数也是对象，因此可以轻松的进行一些函数式的处理，比如map(), filter(), reduce()函数。

itertools包含类似的工具。这些函数接收函数作为参数，并将结果返回为一个循环器。

比如：

上面显示了imap函数。该函数与map()函数功能相似，只不过返回的不是序列，而是一个循环器。包含元素1, 4, 27，即1**1, 2**2, 3**3的结果。函数pow(内置的乘方函数)作为第一个参数。pow()依次作用于后面两个列表的每个元素，并收集函数结果，组成返回的循环器。

此外，还可以用下面的函数:

ifilter函数与filter()函数类似，只是返回的是一个循环器。

此外，

组合工具

我们可以通过组合原有循环器，来获得新的循环器。

permutations('abc', 2)   # 从'abcd'中挑选两个元素，比如ab, bc, ... 将所有结果排序，返回为新的循环器。

注意，上面的组合分顺序，即ab, ba都返回。

combinations('abc', 2)   # 从'abcd'中挑选两个元素，比如ab, bc, ... 将所有结果排序，返回为新的循环器。

注意，上面的组合不分顺序，即ab, ba的话，只返回一个ab。

combinations_with_replacement('abc', 2) # 与上面类似，但允许两次选出的元素重复。即多了aa, bb, cc。

groupby()

将key函数作用于原循环器的各个元素。根据key函数结果，将拥有相同函数结果的元素分到一个新的循环器。每个新的循环器以函数返回结果为标签。

这就好像一群人的身高作为循环器。我们可以使用这样一个key函数: 如果身高大于180，返回"tall"；如果身高底于160，返回"short";中间的返回"middle"。最终，所有身高将分为三个循环器，即"tall", "short", "middle"。

注意，groupby的功能类似于UNIX中的uniq命令。分组之前需要使用sorted()对原循环器的元素，根据key函数进行排序，让同组元素先在位置上靠拢。

其它工具

compress('ABCD', [1, 1, 1, 0])  # 根据[1, 1, 1, 0]的真假值情况，选择第一个参数'ABCD'中的元素。A, B, C
islice()                        # 类似于slice()函数，只是返回的是一个循环器
izip()                          # 类似于zip()函数，只是返回的是一个循环器。

总结

itertools的工具都可以自行实现。itertools只是提供了更加成形的解决方案。