Python xrange详解

Python语言拥有众多的数据结构，其中一个广受欢迎的数据结构是range。它可以生成一个从起始数字开始，到结束数字结束的整数序列，步长为1。在Python 2.x版本中，xrange被引入，是range的替代品。虽然它们有许多相同之处，但也有一些重要的区别。本文将深入介绍Python xrange。

1、xrange与range的基本用法比较

range()和xrange()可以生成类似的数字序列。比如，下面的代码演示如何使用range()生成一个从0到9的整数序列：

for i in range(10):
    print(i)

这段代码会输出0到9的整数序列，其中数字10不会输出。现在让我们看看如何使用xrange()来生成相同的序列：

for i in xrange(10):
    print(i)

这段代码也会输出0到9的整数序列。与range()不同，xrange()返回一个生成器，而不是一个列表。这意味着当你想要生成一个非常大的整数序列时，使用xrange()可以节省大量的内存。

2、xrange的性能优化

在Python 2.x中，range()生成一个完整的列表对象，它的长度与范围相等。但是，当列表非常大时，会使用大量的内存。这就是xrange()的优点：它仅生成一个生成器对象，每次仅在需要时生成数字。这样，xrange()可以在生成大型数字序列时消耗极少的内存。例如，考虑从1到100000000的整数序列。使用range()函数生成该列表占用了大约400MB的内存。但是，使用xrange()函数时，仅需不到1MB的内存。这使得xrange()成为生成大型数字序列的最佳选择。为了更好地理解性能优化，我们可以使用Python内置的timeit模块测试range()和xrange()函数的差异。timeit.default_timer()函数使用默认计时器来为每个函数计时。

import timeit
print(timeit.timeit('sum(range(1, 10000000))', number=1))
print(timeit.timeit('sum(xrange(1, 10000000))', number=1))

在上面的代码中，我们计算从1到10000000的整数序列的总和。第一个测试通过range()函数计算总和，第二个测试通过xrange()函数计算总和。这里的时间单位是秒。请注意，括号中的“number”参数是每个函数执行的次数。运行时间测试后，我们会发现，xrange()要比range()运行更快。这是由于xrange()仅生成必要的数字，而range()生成完整的序列，占用更多的内存和计算资源。

3、xrange的其他特性

Python中xrange()函数还拥有很多其他特性，这些特性使其成为Python编程中最重要的工具之一。下列是xrange()的一些其他特性：

1）可以使用负数作为参数

xrange()函数可以接受负数作为参数。例如，如果我们想要从10到0递减的序列：

for i in xrange(10, -1, -1):
    print(i)

在这个例子中，我们传入了三个参数：开始数字是10，结束数字是-1（注意这里的符号），步长为-1。这样，我们就可以打印出一个从10到0递减的序列。

2）使用len()函数确定序列的长度

虽然xrange()不像range()一样返回整数列表对象，它仍然是一种序列对象。因此，您可以使用len()函数确定xrange()序列中数字的数量。

my_range = xrange(5)
print(len(my_range))

在这个例子中，我们创建了一个xrange()序列对象，包含5个整数数字。然后，我们使用len()函数计算my_range中数字的数量。在这种情况下，结果应该为5。

3）生成器可以仅生成必要的数字

Python中的生成器是一种特殊的迭代器，它可以仅生成必要的数字。因为xrange()是生成器函数，它的优点是可以节省大量内存。例如：

import sys
print(sys.getsizeof(xrange(10)))
print(sys.getsizeof([i for i in xrange(10)]))

在这个例子中，我们通过xrange()生成包含10个数字的序列对象。我们还使用了getsizeof()函数来计算实际内存使用大小。第一个print语句输出更少的内存计算，因为xrange()仅生成数字，而不需要一个完整的列表对象。第二个print语句生成相同的数字列表，但使用了更多的内存。因此，xrange()非常适合在需要生成大量数字的情况下使用。

4）可以对xrange对象使用切片

与列表对象一样，xrange对象也可以使用切片。例如：

深入理解Python xrange