Python range() 函数详解：实现区间端点包含的迭代技巧

python的`range()`函数在生成数字序列时默认不包含结束值。本文将详细讲解`range()`函数的工作原理，并提供一种简单有效的方法，即通过将结束值加一来实现在循环中包含指定区间终点的迭代。通过实例代码，读者将学会如何灵活控制`range()`函数的行为，以满足不同的编程需求，例如在给定范围内查找偶数时确保包含上限值。

理解 Python range() 函数

range() 函数是 Python 中用于生成整数序列的内置函数，常用于循环中。它的基本语法有三种形式：

1. range(stop): 生成从 0 开始，到 stop-1 结束的整数序列。
   • 示例：list(range(5)) 将生成 [0, 1, 2, 3, 4]。
2. range(start, stop): 生成从 start 开始，到 stop-1 结束的整数序列。
   • 示例：list(range(2, 5)) 将生成 [2, 3, 4]。
3. range(start, stop, step): 生成从 start 开始，到 stop-1 结束，每次递增 step 的整数序列。
   • 示例：list(range(1, 10, 2)) 将生成 [1, 3, 5, 7, 9]。

关键特性： 无论哪种形式，range() 函数生成的序列都不包含 stop 参数指定的值。这是 range() 函数设计上的一个重要细节，也是许多初学者容易混淆的地方。

遇到的问题：区间上限值被排除

在实际编程中，我们有时需要遍历一个包含上限值的区间。例如，在一个给定数字范围 [A, B] 中查找偶数，我们期望 B 值如果本身是偶数，也应该被包含在结果中。然而，如果直接使用 range(A, B)，B 值将永远不会被包含在迭代序列中。

考虑以下代码片段，它尝试在一个用户输入的数字范围内查找偶数：

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counter = list(range(2))
numbers = []

for _ in counter: # 使用 _ 表示不关心循环变量
    numbers.append(int(input("请输入一个数字: ")))
numbers.sort()

print("数字范围: ", numbers)

even_num = []

# 问题代码：range(numbers[0], numbers[1]) 不包含 numbers[1]
for n in range(numbers[0], numbers[1]):
    if n == 0:
        pass # 0 不计入偶数或奇数，直接跳过
    elif n % 2 == 0:
        even_num.append(n)
    # else: pass # 奇数无需处理，可以省略此分支

print("偶数: ", even_num)

当用户输入 5 和 10 时，numbers 列表将是 [5, 10]。此时，range(numbers[0], numbers[1]) 相当于 range(5, 10)，它将生成序列 5, 6, 7, 8, 9。结果导致 10 这个偶数被遗漏了：

请输入一个数字: 5
请输入一个数字: 10
数字范围:  [5, 10]
偶数:  [6, 8]

显然，我们希望 10 也能被识别为偶数并包含在结果中。

解决方案：通过 stop + 1 实现包含上限

要解决 range() 函数不包含 stop 值的特性，同时又想在迭代中包含指定的上限值，最简单有效的方法是将 stop 值增加 1。

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例如，如果希望迭代从 start 到 end_inclusive（包含 end_inclusive），则应使用 range(start, end_inclusive + 1)。这样，range() 函数的“不包含结束值”的规则将作用于 end_inclusive + 1，从而使得 end_inclusive 被恰好包含在生成的序列中。

将上述问题代码中的循环修改为：

# 关键修改：将上限值 numbers[1] 加 1
for n in range(numbers[0], numbers[1] + 1):
    # ... 检查偶数的逻辑保持不变 ...

完整示例代码

下面是修改后的完整代码，它能够正确地包含范围的上限值：

counter = list(range(2))
numbers = []

for _ in counter:
    numbers.append(int(input("请输入一个数字: ")))
numbers.sort()

print("数字范围: ", numbers)

even_num = []

# 关键修改：将上限值 numbers[1] 加 1，以包含该值
for n in range(numbers[0], numbers[1] + 1):
    if n == 0:
        pass # 0 不计入偶数或奇数，直接跳过
    elif n % 2 == 0:
        even_num.append(n)
    # else: pass # 奇数无需处理，可以省略此分支

print("偶数: ", even_num)

使用相同的输入 5 和 10 运行此代码，输出将是：

请输入一个数字: 5
请输入一个数字: 10
数字范围:  [5, 10]
偶数:  [6, 8, 10]

现在，10 已经被正确地包含在偶数列表中。

注意事项与最佳实践

1. 数据类型限制： range() 函数只能处理整数。如果需要生成浮点数序列，range() 不适用。可以考虑使用 numpy.arange（如果使用 NumPy 库）或者手动通过 while 循环和浮点数增量来实现。
2. 性能考量： range() 函数返回的是一个迭代器对象，而不是一个完整的列表。这意味着它不会一次性在内存中生成所有数字，而是在每次迭代时按需生成。这对于处理大范围数字序列时非常高效，能够节省大量内存。只有当您明确需要一个列表时，才应使用 list(range(...)) 进行转换。
3. 代码可读性： 在某些情况下，+1 的操作可能不会立即被所有读者理解其意图。如果代码逻辑复杂，或者需要特别强调，可以添加注释来解释为什么需要 +1，例如：range(start, end_inclusive + 1) # 包含上限值。
4. 负数和步长： range() 也支持负数作为 start、stop 值，以及负数作为 step 值，用于倒序迭代。理解这些用法有助于处理更复杂的迭代场景。例如，list(range(10, 0, -1)) 将生成 [10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]。

总结

range() 函数是 Python 中一个强大且常用的工具，但其“不包含结束值”的特性是需要牢记的。当需要在迭代中包含指定的上限值时，简单的技巧是将 range() 函数的 stop 参数增加 1，即使用 range(start, stop_inclusive + 1)。掌握这一技巧，可以帮助您更精确地控制循环行为，编写出符合预期的、健壮的 Python 代码。

以上就是Python range() 函数详解：实现区间端点包含的迭代技巧的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！