Python-细节知识点range函数的详解

在 Python 中，range 是一个内置函数，用于生成一个不可变的整数序列，通常用于控制循环次数或生成数值范围。以下是详细说明：

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基本语法

range(stop)             # 生成 [0, stop) 的整数，步长为1
range(start, stop)      # 生成 [start, stop) 的整数，步长为1
range(start, stop, step) # 生成 [start, stop) 的整数，步长为step（可为负）

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关键特性

1. 惰性计算
   range 不会预先生成所有值，而是按需计算，节省内存（尤其在处理大范围时）。

   r = range(1, 1000000)  # 不会实际存储100万个数字
   

2. 不可变序列
   生成的序列是只读的，不能直接修改：

   r = range(5)
   r[0] = 10  # 报错: TypeError
   

3. 支持负步长
   可以生成递减序列：

   list(range(5, 0, -1))  # 输出: [5, 4, 3, 2, 1]
   

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常见用途

1. 控制循环次数

for i in range(3):
    print(i)  # 输出: 0 1 2

2. 生成数值列表

numbers = list(range(1, 6))  # [1, 2, 3, 4, 5]

3. 遍历列表索引

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for i in range(len(fruits)):
    print(i, fruits[i])  # 输出索引和值

4. 数学运算范围

squares = [x**2 for x in range(10)]  # 生成平方数列表

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与 xrange（Python 2）的区别

• Python 3 的 range 等效于 Python 2 的 xrange（惰性生成）。
• Python 2 的 range 会直接生成完整列表（已废弃）。

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性能对比

# 内存占用对比
import sys
sys.getsizeof(range(1000000))    # 约48字节（固定大小）
sys.getsizeof(list(range(100)))  # 约900字节（随元素增加）

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边界示例

代码示例	输出结果（转换为列表后）
range(5)	[0, 1, 2, 3, 4]
range(1, 5)	[1, 2, 3, 4]
range(0, 10, 2)	[0, 2, 4, 6, 8]
range(5, 0, -1)	[5, 4, 3, 2, 1]
range(3, 3)	[] （空序列，因为start=stop）

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注意事项

1. 参数必须为整数

   range(1.5, 5)  # 报错: TypeError
   

2. 步长不为零

   range(1, 5, 0)  # 报错: ValueError
   

3. 空序列条件

   • 当 start >= stop 且步长为正时，返回空序列。
   • 当 start <= stop 且步长为负时，返回空序列。

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进阶用法

1. 检查成员关系

5 in range(10)    # True
3.5 in range(4)   # False （仅支持整数）

2. 切片操作

r = range(10)
r_slice = r[2:5]  # 生成新的range对象: range(2, 5)

3. 与其他函数结合

sum(range(101))    # 计算0到100的和: 5050
min(range(5, 15))  # 最小值: 5

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总结：range 是 Python 中高效生成整数序列的工具，特别适合循环控制和范围操作，其惰性特性使其在处理大规模数据时优势明显。