Python range() 函数

Python `range()` 函数中文讲解（2025年）

range() 是 Python 的内置函数，用于生成一个整数序列，常用于循环、列表生成和索引操作。相比其他语言的循环计数（如 C 的 for 循环），range() 更简洁且灵活，广泛应用于 Python 脚本、数据处理和算法开发。2025年，range() 仍是 Python 核心功能，尤其在 Python 3.12/3.13 中因性能优化（如 JIT 编译）更高效。本教程详细讲解 range() 的语法、用法和实践，基于 Python 官方文档、CSDN 和 Python 社区，适合初学者和开发者。建议在 Python 3.9+（推荐 3.12/3.13）环境中用 PyCharm 或 VS Code 练习。

一、`range()` 函数概览（必知）

定义：range() 生成一个不可变整数序列（range 对象），用于迭代或转换为列表、元组等。
核心用途：
控制 for 循环的迭代次数。
生成有序整数序列（如索引、编号）。
配合列表推导式或算法处理数据。
特点：
高效：range 对象延迟计算，节省内存。
灵活：支持正向、反向和步长设置。
不可变：range 对象不可修改，线程安全。
2025年趋势：
Python 3.13 优化 range 的内存占用和迭代性能。
在数据科学中，range() 常结合 numpy 或 pandas 处理大数据。
在 KMP（Kotlin Multiplatform）项目中，range() 用于 Python 模块的循环逻辑。

二、核心语法与用法（必会）

函数原型：

range(start, stop[, step])

参数：
start（可选）：起始值（包含），默认 0。
stop（必填）：结束值（不包含）。
step（可选）：步长（递增/递减量），默认 1。
返回值：range 对象（可迭代，需通过 list() 或循环访问）。
注意：
所有参数必须是整数（int）。
stop 是唯一必填参数。

以下按用法讲解，包含示例代码，可直接运行。

1. 基本用法

单参数（range(stop)）：

  for i in range(5):
      print(i, end=" ")  # 输出：0 1 2 3 4

说明：从 0 到 4（不包含 5），步长为 1。
双参数（range(start, stop)）：

  for i in range(2, 7):
      print(i, end=" ")  # 输出：2 3 4 5 6

说明：从 2 到 6（不包含 7）。
三参数（range(start, stop, step)）：

  for i in range(1, 10, 2):
      print(i, end=" ")  # 输出：1 3 5 7 9

说明：从 1 到 9，步长为 2。
反向序列（负步长）：

  for i in range(10, 0, -1):
      print(i, end=" ")  # 输出：10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

2. 转换为列表

将 range 转为列表：

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

说明：list(range()) 显式生成整数列表，但内存占用高于 range 对象。

3. 常用属性

访问 range 属性：

  r = range(1, 10, 2)
  print(r.start, r.stop, r.step)  # 输出：1 10 2
  print(len(r))  # 输出：5（序列长度）
  print(5 in r)  # 输出：True（检查元素是否存在）

4. 与循环结合

索引列表：

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

列表推导式：

  squares = [x**2 for x in range(5)]
  print(squares)  # 输出：[0, 1, 4, 9, 16]

5. 性能优势

内存效率：

  import sys
  r = range(1000000)
  l = list(range(1000000))
  print(sys.getsizeof(r))  # 输出：48（字节，range 对象）
  print(sys.getsizeof(l))  # 输出：约 8MB（列表）

说明：range 对象延迟生成元素，适合大数据场景。

三、实践示例（综合应用）

打印九九乘法表：

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i + 1):
        print(f"{j}*{i}={i*j}", end="\t")
    print()

输出：

   1*1=1
   1*2=2   2*2=4
   1*3=3   2*3=6   3*3=9
   ...

功能：使用嵌套 range 打印九九乘法表。

生成等差数列：

start, stop, step = 0, 20, 5
sequence = list(range(start, stop, step))
print(sequence)  # 输出：[0, 5, 10, 15]

功能：生成等差数列并转为列表。

KMP 集成（Python 循环逻辑）：

# 模拟 KMP 项目中 Python 模块的循环处理
def process_data(size):
    data = []
    for i in range(size):
        data.append({"id": i, "value": i * 10})
    return data

# 调用示例
result = process_data(5)
print(result)  # 输出：[{"id": 0, "value": 0}, {"id": 1, "value": 10}, ...]

功能：为 KMP 项目生成结构化数据，供 Kotlin 模块调用。

四、注意事项与最佳实践

参数限制：

确保 start、stop、step 为整数：
python # 错误 range(1.5, 5.5) # TypeError: 'float' object cannot be interpreted as an integer
步长不能为 0：
python range(1, 5, 0) # ValueError: range() arg 3 must not be zero

内存优化：

优先使用 range 对象，避免不必要的 list(range())：
python # 低效 for i in list(range(1000000)): pass # 高效 for i in range(1000000): pass

替代方案：

数据科学中用 numpy.arange 替代 range：
python import numpy as np print(np.arange(0, 5, 0.5)) # 支持浮点数：[0.0, 0.5, 1.0, ...]

跨平台：

在 KMP 项目中，range() 用于 Python 模块的循环逻辑，与 Kotlin 互操作：
kotlin @CName("processData") fun processData(size: Int): Array<Data> { // 调用 Python range 生成数据 }

2025年趋势：

Python 3.13：range 迭代性能优化，适合大数据处理。
数据科学：结合 pandas 和 range 生成索引：
python import pandas as pd df = pd.DataFrame({"value": range(5)})
AI 辅助：PyCharm 的 Copilot 可生成 range 循环代码。

五、学习建议

练习：用 range() 实现九九乘法表或等差数列，测试正/反向迭代。
资源：
官方文档：https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#range
CSDN：搜索“Python range”。
B站：Python 教程（如“尚硅谷 Python”）。
时间：1-2 小时掌握 range()，1 天熟悉循环和列表推导。
实践：写程序生成序列或处理列表索引。

六、总结

Python range() 函数必知整数序列生成和内存效率，必会循环、列表转换和步长设置。2025年，range() 在 Python 开发和 KMP 项目中不可或缺，结合 Python 3.13 优化更高效。相比 C 的循环，range() 简洁且安全。

如果需要具体场景代码（如复杂算法或 KMP 示例）或有问题，告诉我，我可以提供更详细解答！