Python range()的解释和可视化

在Python中用示例解释和可视化range()函数

我们将继续深入研究各种Python函数、模块和库的内部工作方式。在研究了enumerate()之后，我们现在来研究另一个重要的函数——range()。

在本文中，我们将探讨range()的功能并突出研究它的用例——您将了解如何在Python中有效地使用range()，了解它的强大的方面和局限性。与range()相关的问题经常会在技术面试中出现——你查看过我们的Python面试问题了吗?

(与往常一样，本文中的代码来自Python 3)

那么range()在Python中到底是做什么呢?

range()是一个内置函数，这意味着Python是预先打包了它的。这个函数可以创建一个数字序列(称为range对象)并返回它。当然，您可以将这组数字用于各种目的: 如下所示，range()实际上能很好地与循环一起使用。

下面是Python help()模块提供的一个更专业的解释:

" 返回一个对象，该对象会从开始数字(包括)到停止数字(不包括)按步长生成一个整数序列。range(i, j)会产生i, i+1, i+2，…，j-1。开始数字默认为0，停止数字被省略!range(4)会产生0,1,2,3。这些正是一个4元素列表的有效索引。当给定一个步长时，它指定了递增数(或递减数)。

Python中range()的语法

让我们设想最简单的场景: range(5)

生成序列……

range()函数的语法很简单——我们调用函数并输入参数:

让我们仔细看看每个参数的作用:

1. start是一个可选参数，它定义了序列的起始点。如果未指定，则默认为0。
2. stop是定义序列终止点的必需参数。
3. step是一个可选参数，它定义了步长大小(即序列中各个整数之间被忽略的整数数量)。如果未指定，则默认为0。

在Python中组合range()和List()

range和list的使用过程

假设参数为5时，我们可能想要展示序列中实际使用了哪些数字。要做到这一点，我们可以使用另一个Python内置函数——list——来创建一个由函数调用range(5)将产生的数字组成的列表:

这将输出：

在Python中将Range()与for循环组合

循环和range的使用过程

或者，我们可以使用一个for循环——它允许我们多次执行给定的命令。这个过程称为迭代，我们可以使用各种数据结构(如字符串或列表)来指定“重复”的确切数量。当然，我们也可以使用range()函数来实现这个目的——它基本上会运行该命令N次。

由于Python清晰的语法，我们很容易记住for循环是如何工作的:“对于某个东西中的每个元素/部分/项，这样做。”然而，它的输出将是垂直的(每个print调用将以一个新行结束)——一些开发人员可能会发现它不方便或可读性不强。要水平打印输出，我们可以在print函数中添加end参数:

这样，结果会更容易阅读:

关于range()的“Stop”参数的说明(在Python中也称为包含范围)

现在，我们需要重申索引在几乎所有编程语言中的工作方式。因为我们没有指定start参数，它默认被指定为0，我们的序列就变成了0 - 5。你可能会想，如果我们把这个序列放入一个列表并打印出来，这个列表应该是这样的:

但是，最后一个索引(即stop参数)不包含在此操作中，因此将其公式记为range(从数字X到——但是不包括——数字Z )是很有用的。

当我们想使用所有的三个参数时，我们可以来查看一个更复杂的情形:

range的使用过程和停止位置

前面小节(range(5))中的代码实际上接收了3个参数，尽管我们只输入了一个参数。

在Python中创建一个反转的range()对象

到目前为止，我们只使用了正整数来构建遵循正常(即升序)顺序的range对象——但是如果我们想要以相反的顺序(即降序)使用range()呢?为了实现这个想法，我们需要将第三个range()参数——stop——设置为负数。让我们想象一下，现在是12月31日，离新年只有10秒了，一个倒数计时器可以帮助我们倒数这10秒，就像它的名称所表明的:

这将输出：

注意:要连接(比如组合两段数据）整数和省略号（‘.....’符号），我们必须对它们调用str()函数，以便将整数转换为字符串——在我们的例子中是str(i)。否则，我们会遇到一个TypeError:

Python中的range() : 应用列表操作

由于range()会返回一个列表，因此，我们可以对它应用各种列表操作，包括切片;而xrange()则不提供此功能。

这将输出：

Python中的range() 与 xrange(): 有什么不同?

使用range和… 使用x-range?

Python 3带来了许多改进，但是其中一些变化背后的原因不是很清楚。一个很好的例子是从xrange() (Python2)到range() (Python3)的过渡，新的语言特性通常比它们的前辈要好，但是xrange()在某些方面仍然占上风。让我们来看看它们比较的结果如何:

Python中的range() 与 xrange(): 这些函数返回什么

虽然它们具有相同的功能，但它们返回值是其主要的区别。

• range()返回一个列表。
• xrange()返回一个xrange对象。

尽管它们的输出是相同的，但是它们返回值的差异是需要考虑的一个重要方面——它影响了这些函数的执行方式和它们的使用方式。

Python中的range() 与 xrange(): 这些函数的执行速度如何

当我们比较技术A和技术B时，性能可以说是最重要的因素。当然，在处理较小的数据集时，range()和xrange()的速度都非常快;然而，当涉及到更大的数字时，其速度上的差异就变得明显了。从xrange()切换到range()的一种可能的解释是性能——但是性能真的提高了吗?

内置的Python模块timeit对于测试小代码段的性能来说是最佳的。让我们用它来比较range()和xrange()(注意，我们是从命令行中运行这些命令的，而不是从Python解释器):

虽然这些指标可能会因计算机而异，但是平均速度差异大约是100%!这是可能的，因为xrange()会返回一个生成器对象——它只允许处理用户需要的数字范围，从而节省了时间和资源。(有趣的事实:这个过程称为“惰性求值”)。

Python中的range() 与 xrange(): 这些函数使用了多少内存

与timeit类似，另一个名为sys的内置Python模块可以帮助我们查看这两个函数使用了多少内存。为此，我们将使用sys模块中的getsizeof()函数:

这将输出：

译者注：第二行应该是range()

结论

Python中有用的模块、库和函数的数量有时可能看起来非常多。然而，现在您已经掌握了另一个非常棒的函数——range()，并且它将永远是您编程会话中的一个忠实伙伴。