一、Python迭代器模式介绍
Python迭代器模式是一种设计模式，它提供了一种访问容器对象中各个元素的统一接口，而不必暴露容器内部的细节。
在Python中，迭代器是指实现了__next__()方法的对象，这个方法返回容器中下一个元素，并在容器末尾时抛出StopIteration异常。通过使用迭代器模式，我们可以很方便地遍历序列、聚合和其他可迭代对象。
优点：
- 简化了遍历过程，无需关注底层实现；
- 降低了数据结构与遍历算法之间的耦合性；
- 支持延迟加载，节省内存资源。
缺点：
- 迭代器只能遍历容器中的数据，不能修改数据；
- 迭代器只能单向遍历，不能反向遍历。
应用场景： 在需要遍历序列或聚合（如列表、元组、字典等）的时候，可以使用迭代器模式。
使用方式： Python中内置的iter()函数返回一个迭代器对象，它接受一个可迭代对象作为参数，实现了__iter__()方法。调用迭代器的__next__()方法可以遍历容器对象的所有元素。
在应用程序开发中的使用： 迭代器模式可以用于处理大量数据的内存优化，实现了数据的按需加载。在Python中，生成器函数就是使用迭代器模式的常见例子。
二、迭代器模式使用
工作原理：
迭代器模式的核心思想是将容器对象与遍历算法分离开来，使它们可以独立地变化。容器对象实现了__iter__()方法，返回一个迭代器对象，迭代器对象实现了__next__()方法，用于遍历容器中的元素。通过这种方式，我们可以使用不同的遍历算法来遍历同一个容器对象，而不必对容器进行修改。
示例一：实现计算不及格学生数量功能
下面以一个简单的例子来说明Python迭代器模式的工作原理和使用方法。
假设我们有一个学生列表，需要计算其中不及格的学生人数。我们可以使用迭代器模式来实现：
定义了一个Student类，它有一个名字和一个成绩属性。我们还定义了一个StudentList类，它可以添加学生对象并返回一个迭代器对象。迭代器对象是StudentIterator类的实例，它实现了__next__()方法，可以遍历学生列表中的所有学生。
最后，我们定义了一个FailingStudentsCounter类，它使用StudentList对象来计算不及格学生的人数。我们通过调用StudentList对象的get_iterator()方法来获取迭代器对象，并使用while循环和try-except语句来遍历所有学生。当迭代器到达列表的末尾时，会抛出StopIteration异常，表示迭代结束。
# 定义类。 定义学生属性：名字、成绩
class Student():
def __init__(self, name, score):
self.name = name
self.score = score
# 定义列表。定义学生列表
class StudentList():
def __init__(self):
self.students = []
def add_student(self, student):
self.students.append(student)
def get_interator(self): # 获取迭代器
return StudentIterator(self.students)
# 定义迭代器。
class StudentIterator():
def __init__(self, students):
self.students = students
self.index = 0
def __next__(self):
if self.index >= len(self.students):
raise StopIteration
student = self.students[self.index]
self.index += 1
return student
# 定义成绩不及格学生类
class FailingStudentCounter():
def count_failing_students(self, student_list):
count = 0
iterator = student_list.get_interator()
while True:
try:
student = next(iterator)
if student.score < 60:
count += 1
except StopIteration:
break
return count
# 创建实例
stu1 = Student("name1", 80)
stu2 = Student("name2",55)
stu3 = Student("name3", 100)
student_list = StudentList()
student_list.add_student(stu1)
student_list.add_student(stu2)
student_list.add_student(stu3)
counter = FailingStudentCounter()
count = counter.count_failing_students(student_list)
print(count)运行结果：
1
最终输出结果为"Number of failing students: 1"，表示有一个不及格的学生。我们可以看到，迭代器模式可以简化遍历过程，降低数据结构与遍历算法之间的耦合性，从而提高代码的可读性和可重用性。
示例二：实现遍历列表功能
下面是一个简单的例子，展示了如何使用迭代器模式实现遍历一个列表的功能：
class MyInterator():
def __init__(self, lst):
self.lst = lst
self.current = 0
def __iter__(self): # 返回迭代器对象本身
print("返回迭代器对象本身")
return self
def __next__(self): # 定义遍历逻辑
print("遍历数据")
if self.current == len(self.lst):
print(f"当前第 {self.current} 个数据，停止遍历")
raise StopIteration
else:
result = self.lst[self.current]
self.current += 1
return result
# 创建实例
my_lst = [11,3,5,0,9,2]
my_inter = MyInterator(my_lst)
for i in my_inter:
print(i)
# 相当于：
for i in my_lst:
print(i)运行结果：
返回迭代器对象本身
遍历数据
11
遍历数据
3
遍历数据
5
遍历数据
0
遍历数据
9
遍历数据
2
遍历数据
当前第 6 个数据，停止遍历
11
3
5
0
9
2
在这个例子中，我们首先定义了一个MyIterator类，它实现了__iter__()和__next__()方法。iter()方法返回了迭代器对象自身，这样我们就可以使用for循环等工具对其进行遍历。而__next__()方法则定义了MyIterator类的遍历逻辑，检查当前位置是否越界，如果未越界则返回当前位置的元素，并将迭代器指针向前移动。
然后，我们使用my_lst列表来初始化MyIterator对象my_iter，并使用for循环遍历它。遍历过程中，Python会自动调用my_iter对象的__next__()方法来获取下一个元素，直到遍历结束。
需要注意的是，在Python中，列表本身就是一个可迭代对象，我们可以直接使用for循环遍历一个列表。
因此在实际开发中，我们可以根据需要选择使用列表自身的迭代方式，还是自定义一个迭代器类来实现遍历功能。
示例三：实现遍历字典功能
下面是一个简单的例子，展示了如何使用迭代器模式实现遍历一个字典的键和值的功能：
class MyInterator():
def __init__(self, dic):
self.current = 0
self.keys = list(dic.keys())
self.values = list(dic.values())
def __iter__(self): # 返回迭代器对象本身
print("返回迭代器对象本身")
return self
def __next__(self): # 定义遍历逻辑
if self.current == len(self.keys):
print(f"当前第 {self.current} 个数据，停止遍历")
raise StopIteration
else:
key_result = self.keys[self.current]
value_result = self.values[self.current]
self.current += 1
return key_result, value_result
# 创建实例
my_dct = {"a":1, "b":2, "c":3}
my_iter = MyInterator(my_dct)
for key,value in my_iter:
print(key, value)
# 相当于：
for key in my_dct:
print(key, my_dct[key])运行结果：
返回迭代器对象本身
a 1
b 2
c 3
当前第 3 个数据，停止遍历
a 1
b 2
c 3
在这个例子中，我们同样定义了一个MyIterator类，它的构造函数中初始化了键和值的列表，并且在__next__()方法中同时返回了键和值。在遍历过程中，我们使用for循环遍历MyIterator对象，并将返回的键和值分别存储到key和value中输出。
因此，我们可以使用迭代器模式来实现遍历字典的功能，以便更加灵活地处理字典中的键和值。需要注意的是，在Python 3中，字典本身已经可以通过items()方法返回键值对元组的迭代器对象，因此我们也可以直接使用for循环遍历一个字典。
因此在实际开发中，我们可以根据需要选择使用字典自身的迭代方式，还是自定义一个迭代器类来实现遍历功能。