range() 函数是 Python 中非常重要的一个内建函数，常用于生成一系列数字，特别是在循环控制时被广泛使用。深入理解 range() 函数对于优化代码和提高编程效率非常有帮助。我们来详细探讨 range() 的使用和实现机制。

基本用法

range() 函数有三种主要形式：

1. range(stop): 生成从 0 开始到 stop（不包括）的数字序列。

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

2. range(start, stop): 生成从 start 开始到 stop（不包括）的数字序列。

   for i in range(2, 5):  
      print(i)  
   # 输出: 2 3 4  

3. range(start, stop, step): 生成从 start 开始到 stop（不包括），间隔为 step 的数字序列。

   for i in range(0, 10, 2):  
      print(i)  
   # 输出: 0 2 4 6 8  

关键特性

• 惰性求值: range() 不会立即生成所有数字，而是按需生成每个数字。这使得 range() 非常高效，即使生成一个非常大的序列，比如 range(1_000_000)。
• 不可变性: range() 生成的是一个不可变的序列类型。你不能通过索引改变这个序列的元素。
• 支持切片和反转: 从 Python 3.2 开始，range() 对象支持切片和负数步长。
  r = range(10) print(r[::2]) # 输出: range(0, 10, 2)

内部实现

在 Python 中，range() 使用 range 对象来表示一个不可变的数字序列。其内部通过计算每个值的位置来动态地产生序列值，而不是预先存储这些值。

注意事项

• step 可以为负值，但不能为零。如果指定负步长，则生成的序列是从大到小。

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

• 边界条件：当 start 大于 stop，且 step 为正时，结果是空序列。反之亦然。

应用实例

生成索引快速遍历：

list_items = ['a', 'b', 'c', 'd']  
for i in range(len(list_items)):  
    print(f"Index {i}: {list_items[i]}")  

倒序遍历：

for i in range(len(list_items) - 1, -1, -1):  
    print(f"Reverse Index {i}: {list_items[i]}")  

range() 函数以其效率高、灵活性强而成为 Python 编程中的强大工具，通过理解其工作原理和实际应用，可以有效提升代码的性能和品质。