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Python range()函数:示例操作指南

原文:https://python.land/deep-dives/python-range

Python range()函数可用于创建数字序列。range()函数可以被迭代，并且在与 for 循环结合时是理想的。本文将仔细研究 Python 范围函数:

这是什么？
如何使用 range()
如何用 range()函数创建 for 循环

我还将向您展示如何在 for 循环中使用范围来创建您想要的任何类型的循环，包括:

数量范围不断增加的常规循环
向后循环(例如从 10 到 0)
跳过值的循环

什么是 Python range 函数？
如何使用 Python 范围
Python 范围如何工作
Python 范围 vs 列表
实践中的 Python 范围
结论

什么是 Python range 函数？

Python 的range作为内置函数，通常用于在 for-loops 中循环特定次数。像 Python 中的许多东西一样，它实际上是一个 Python 类型(或类)，但当在循环中使用它时，我们可以将其视为一个返回 iterable 对象的内置函数。

Range 根据我们的输入为我们提供了一个经过计算的数字序列。有三种方法可以调用 range 函数:

# With one integer argument it
# counts from 0 to stop
range(stop)

# With two integer arguments it
# counts from start to stop
range(start, stop)

# With three integer arguments it
# counts from start to stop,
# with a defined step size
range(start, stop, step)

参数 start、stop 和 step 总是整数。当我们调用 range 时，它返回一个类的对象range。这个 range 对象可以反过来提供一个 Python 迭代器，这意味着我们可以循环(迭代)它的值。范围迭代器在每次调用时都会计算一个新值。该值基于开始、停止和步长值。

如果这听起来很难:的确很难。如果您不完全理解迭代器和可迭代性，此时您有两个选择:

继续阅读，看看如何使用范围。我不会怪你。
首先阅读迭代器和可迭代对象，然后回到这里。

如果你想学习 Python，我建议你帮自己一个忙，选择第二个选项。

如何使用 Python 范围

使用范围有三种方式。我们将从最简单的用例开始，详细研究这三个方面。为了让您彻底理解 Python range 函数，稍后我将向您展示 range 在内部是如何工作的；其实挺简单的！然而，最好先看看如何使用范围的例子，这样你就能更好地了解它们是什么以及它们能做什么。

只有停止值的范围

如果我们用一个参数调用range，这个参数就是停止值。在这种情况下，range将从 0 开始计数，直到达到停止值。

例如，如果我们调用range(5)，当我们迭代它时，创建的 range 对象将返回值 0、1、2、3 和 4。所以，重要注意: range 一到达止损值就停止，不会返回止损值本身。

如果这听起来令人困惑，一个简单的例子将有望澄清它。让我们在 for 循环中使用range调用:

https://crumb . sh/embed/3ksrw 4 kt ky

为什么 range 不包括结束值？

你可能想知道为什么range不包括结束值。这一切都归结到一个重要的原则，称为零基索引。计算机从零开始计数，而人类从 1 开始计数。当计算机需要给 3 个元素编号时，它从元素 0 开始，然后是 1，然后是 2。索引也是一样。当访问 Python 列表中的元素时，第一个元素驻留在位置 0。我们可以这样访问它:my_list[0]。

由于这种从零开始的索引，如果 Python 范围也从零开始计数就容易多了。例如，如果你想使用一个范围来遍历一些东西，你可能会想从元素 0 开始。

带起始值和终止值的范围

我们并不总是希望从零开始计数，这就是为什么我们也可以用起始值和终止值来调用 range。对 range(2，5)的调用将返回值 2、3 和 4。这是另一个例子:

https://crumb.sh/embed/ukfdzkeqogo

步长为正值的范围

最后，range()采用一个可选参数，称为步长。步长定义了计算出的数字之间的步长。最好只说明这一点:

for i in range(0, 6, 2):
    print(i, end=" ")

# Output will be: 0 2 4

每一步跳过一个数字，因为步长是 2。让我们增加步长:

for i in range(0, 101, 10):
    print(i, end=" ")

# Output will be:
# 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

因为我们将stop设置为 101，所以值 100 也包含在这个范围内。

负步长范围

范围也可以倒计数。如果我们将步长设置为负数，范围将向后计数。如果我们想倒计数，我们需要确保start的值比end的值大*。这里有一个例子:*

for i in range(5, 0, -1):
    print(i, end=" ")

# Output will be:
# 5 4 3 2 1

我们从 5 开始倒数到 0。因为范围不包括结束值本身，所以不包括 0。如果要包含 0，需要将end设置为-1。

Python 范围如何工作

现在，您已经看到了 range 的作用，我将告诉您 range 如何在内部工作，以便更好地理解它们。实际上，它没有多少魔力！

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范围是一个可迭代的对象，这个对象可以返回一个迭代器来跟踪它的当前状态。假设我们用调用range(3)创建一个范围。这将返回一个具有我们所请求的设置的 range 类型的对象。在内部，Python 范围将设置以下内部变量:

起始值为 0，
结束值为 3，
并将步长值设置为默认值 1。

当我们开始迭代一个 range 对象时，range 对象将返回一个迭代器。这个迭代器使用上面定义的值，但是有一个额外的值:一个计数器变量i，默认情况下初始化为 0，并在每次迭代中增加。

每次调用迭代器来获取下一个数字时，range 都会查看其内部状态，并计算要返回的下一个数字。下一个值是这样计算的:

next = start + step*i。

默认情况下，范围的步长为 1:

所以在第一次调用时，进行的计算是这样的:0 + 1*0 == 0。Range 返回 0，计数器i加 1，使i == 1
在第二次调用时，它使用其当前状态进行相同的计算:0 + 1*1 = 1。它再次将计数器i增加到 2。
第三次调用返回 2，因为0 + 1*2 == 2。
我们现在已经到达了范围的尽头。正如我在关于 Python 迭代器的文章中所解释的，对迭代器的任何后续调用都将返回一个StopIteration 异常，表明不再有条目。

如果用range(0, 5, 2)给你的范围一个步长 2，你可以重复上面的计算，看到返回值现在是:0 和 2。

用代码演示

我们可以用一些代码来演示这个过程。在下面的例子中，我们首先创建一个 range 对象。接下来，我们使用内置的iter()函数从 range 对象手动请求一个迭代器。我们开始使用另一个内置函数从它那里请求下一个值:next()。在 3 次调用之后，您看到 iterable 被耗尽，并开始引发StopIteration异常:

my_range = range(0, 3)

# Obtain the iterable. In a loop, this manual
# step is not needed
my_iter = iter(my_range)

# Request values from the iterable

print(next(my_iter))
# 0

print(next(my_iter))
# 1

print(next(my_iter))
# 2

print(next(my_iter))
# throws a StopIteration exception

如果您愿意，您也可以自己运行这段代码:

https://crumb . sh/embed/C4 dmggj 56 qev

Python 范围:Iterable 还是 iterator？

range 对象是可迭代的，这意味着它是一个可以返回迭代器的对象。正如你在上面的例子中看到的，我们可以用 iter()函数手动获得这个迭代器。在 for 循环中使用时，循环会自动请求迭代器，一切都会得到处理。

range 对象(iterable)将在每次调用时返回一个新的迭代器。因此，尽管这不是我们通常使用范围的方式，但我们实际上可以通过向 range 对象请求新的迭代器来继续使用它。如果你想详细理解这一点，请阅读 iterables 和 iterators 。

Python 范围 vs 列表

与列表相比，范围提供了一个很大的优势:它们需要一个恒定的、可预测的内存量，因为它们是动态计算的。一个范围需要跟踪的只是开始、停止、结束和迭代计数器。因此范围(1000)需要与范围(1)相同的内存量。

相比之下:值为 0 到 999 的列表比只有值 1 的列表占用的内存多一千倍。

在 Python 2 中，情况并非如此。常规范围将具体化为一个实际的数字列表。在某个时候，xrange 被引入。在 Python 3 中，xrange 将成为范围的缺省值，旧的物化范围被丢弃了。此外，还增加了一些额外的特性，比如切片和比较范围的能力。

名称 xrange 在 Python 3 中不存在。如果您遇到它，您可能会看到 Python 2 代码。我写了一篇关于这个主题的文章，如果你想把它转换成 Python 3 代码的话。

实践中的 Python 范围

下面是一些常见的和不太常见的操作，除了在循环中使用它们之外，在实践中还可能用到。

将范围转换为列表

我们了解到范围是计算出来的，而列表是物化的。有时你想从一个范围中创建一个列表。你可以用 for 循环来实现。或者，更 Python 化更快:通过使用 Python 列表理解。然而，最好的方法是使用list()函数，它可以将任何可迭代对象转换成列表，包括范围:

my_list = list(range(0, 3))
print(my_list)
# [0, 1, 2]

成员资格测试

范围的行为类似于常规集合，因此我们也可以测试它们是否属于某个值。例如，要测试某个数字是否属于某个范围，您可以这样做:

my_number = 10
print(my_number in range(0, 11))
# True

范围切片

虽然我不确定你是否需要它(我从未在实践中使用过)，但这是一个非常酷的特性。就像您可以分割列表和其他具有序列类型的对象一样，您也可以分割 range 对象。这样做时，您可能会期望范围被具体化为一个列表。事实并非如此。相反，会计算并返回一个新的 range 对象，正如您在以下关于 Python REPL 的示例中所看到的:

>>> range(0, 5)[2:4]
range(2, 4)
>>> range(0, 5)[4:2:-1]
range(4, 2, -1)
>>> range(0, 10)[2:8:2]
range(2, 8, 2)

比较范围

最后，范围也可以比较。比较范围时，它们作为序列进行比较。您可能希望 Python 只检查它们是否是同一个对象。在 Python 3.3 问世之前，情况一直如此。此后，产生相同序列的两个不同范围在 Python 中将被视为相等。

以下是 REPL 的一些例子:

>>> range(0, 2) == range(0, 3)
False
>>> range(0) == range(4, 2)
True

在最后一个例子中，开始为 4，结束为 2 的范围将导致长度为零的范围，因此它等于 a range(0)。

结论

您已经了解了 Python 的范围以及如何在 for 循环中使用它。不仅如此；您还了解了产品系列的内部运作方式。除了这些基础知识之外，您还学习了如何将一个范围转换为一个列表，范围可以进行比较，测试成员资格，我们甚至可以对范围进行切片。

如果您想了解更多关于产品系列的信息，您可能会对以下资源感兴趣:

我关于 Python 迭代器和可迭代性的文章
关于靶场的官方文件
Trey Hunner 的这篇文章详细解释了为什么 range 不是迭代器(但它是可迭代的)*

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