range函数在Python中如何正确使用？

这篇教程将从以下几个方面展开,适合初学者系统地学习：

1. range() 是什么？ (核心概念)
2. range() 的三种基本用法 (最常用的场景)
3. range() 的核心特点 (为什么它如此高效)
4. range() 的常见应用场景 (实际代码示例)
5. range() 与 list 的关系 (一个常见的初学者误区)

range() 是什么？

range() 是 Python 的一个内置函数，用于生成一个整数序列。

你可以把它想象成一个“数字生成器”或者“数字范围”，它本身并不会在内存中立即创建所有数字，而是当你需要时（例如在 for 循环中），它会按需生成下一个数字，这个特性使得 range() 在处理大范围数字时非常高效。

range() 的三种基本用法

range() 函数根据传入参数的不同,有三种主要的使用形式。

range(stop) - 生成从 0 到 stop-1 的序列

这是最简单的形式，它只接收一个参数 stop。

• 功能：生成一个从 0 开始，到 stop-1 结束的整数序列。
• 规则：包含起始值 0，但不包含结束值 stop（我们称之为“左闭右开”或“包头不包尾”）。

示例：

# 生成一个从 0 到 5 (但不包括 5) 的序列
# 序列中的数字是: 0, 1, 2, 3, 4
for i in range(5):
    print(i)
# 输出:
# 0
# 1
# 2
# 3
# 4

记忆技巧：range(5) 会给你 5 个数字：0, 1, 2, 3, 4。

range(start, stop) - 生成从 start 到 stop-1 的序列

当你需要从一个非零的数字开始时,可以使用这种形式。

• 功能：生成一个从 start 开始，到 stop-1 结束的整数序列。
• 规则：同样遵循“左闭右开”原则。

示例：

# 生成一个从 2 到 6 (但不包括 6) 的序列
# 序列中的数字是: 2, 3, 4, 5
for i in range(2, 6):
    print(i)
# 输出:
# 2
# 3
# 4
# 5

range(start, stop, step) - 生成带有“步长”的序列

这种形式最灵活,可以控制数字之间的间隔。

• 功能：生成一个从 start 开始，到 stop-1 结束，并且每个数字之间相差 step 的整数序列。
• 规则：
  • step 为正数时，序列递增。start 必须小于 stop。
  • step 为负数时，序列递减。start 必须大于 stop。
  • step 不能为 0，否则会抛出 ValueError。

示例（正向步长）：

# 从 1 开始，到 10 结束 (不包括 10)，步长为 2
# 序列中的数字是: 1, 3, 5, 7, 9
for i in range(1, 10, 2):
    print(i)
# 输出:
# 1
# 3
# 5
# 7
# 9

示例（反向步长）：

# 从 10 开始，到 0 结束 (不包括 0)，步长为 -2
# 序列中的数字是: 10, 8, 6, 4, 2
for i in range(10, 0, -2):
    print(i)
# 输出:
# 10
# 8
# 6
# 4
# 2

range() 的核心特点：惰性求值

这是 range() 最强大的特性，也是它与 list 的关键区别。

• range() 对象本身不存储所有的数字，它只存储了 start, stop, step 这三个信息。
• 当你遍历 range() 对象时（例如在 for 循环中），它会动态地计算出下一个数字，然后提供给你，用完就丢弃,不会在内存中保存整个列表。

为什么这很重要？

假设你需要遍历从 1 到 1亿 的数字。

• 使用 range()：

  # 这行代码几乎不占用内存，因为它只创建了三个整数 (start=1, stop=100000000, step=1)
  my_range = range(1, 100000001)
  for i in my_range:
      # 在这里才动态生成 i 的值
      pass

  内存占用非常小,无论数字多大。

• 如果使用 list()：

  # 这行代码会立即在内存中创建一个包含 1亿 个数字的列表！
  # 这会消耗掉你电脑大量的内存，甚至导致程序崩溃。
  my_list = list(range(1, 100000001)) 

  内存占用巨大。

range() 的常见应用场景

range() 最主要的应用场景就是配合 for 循环。

按固定次数循环

这是最常见的用法，相当于其他语言中的 for (int i = 0; i < N; i++)。

# 打印 "Hello World" 5 次
for _ in range(5):
    print("Hello World")

遍历一个列表的索引

如果你想同时获取列表中元素的索引和值，可以使用 range(len(list))。

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for i in range(len(fruits)):
    print(f"索引 {i} 对应的水果是: {fruits[i]}")
# 输出:
# 索引 0 对应的水果是: apple
# 索引 1 对应的水果是: banana
# 索引 2 对应的水果是: cherry

更 Pythonic 的方式：对于这个场景，使用 enumerate() 函数通常是更好的选择，因为它更清晰、更易读。

for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"索引 {index} 对应的水果是: {fruit}")

生成数字序列

虽然 range() 本身不是列表,但你可以轻松地把它转换成列表。

# 创建一个列表
numbers = list(range(0, 11, 2))
print(numbers)  # 输出: [0, 2, 4, 6, 8, 10]

range() 与 list 的关系

一个常见的误区是认为 range(5) 就等于 [0, 1, 2, 3, 4]。这是不正确的。

• range(5) 是一个 range 对象，它是一个可迭代对象,但不是列表。
• [0, 1, 2, 3, 4] 是一个 list 对象,它是一个包含了所有实际数字的列表。

你可以用 type() 函数来验证：

my_range = range(5)
my_list = list(my_range)
print(type(my_range))  # 输出: <class 'range'>
print(type(my_list))   # 输出: <class 'list'>
print(my_range)       # 输出: range(0, 5)
print(my_list)        # 输出: [0, 1, 2, 3, 4]

range 对象在打印时显示的是它的构造信息,而不是它包含的所有元素。

掌握 range() 是学习 Python 循环的基础,希望这篇教程能帮助你彻底理解它！