嵌套for循环与while循环复用迭代器为何行为不同？

先看这段用嵌套for循环复用迭代器的Python代码：

from itertools import chain

lst = ['a', 1, 2, 3, 'b', 4, 5, 'c', 6]

def nestedForLoops():
    it = iter(lst)
    for item0 in it:
        if isinstance(item0, str):
            print(item0)
        else:
            # this shouldn't happen because of
            # 1. lst[0] is a str, and
            # 2. line A
            print(f"this shouldn't happen: {item0=}")
            pass
        for item1 in it:
            if not isinstance(item1, int):
                break
            print(f'\t{item1}')
        else: # no-break
            # reached end of iterator
            return
        # reached a str
        assert isinstance(item1, str)
        it = chain(item1, it) # line A

nestedForLoops()

预期输出：

a
    1
    2
    3
b
    4
    5
c
    6

但实际输出却是：

a
    1
    2
    3
this shouldn't happen: item0=4
this shouldn't happen: item0=5
c
this shouldn't happen: item0=6

换成嵌套while循环实现相同逻辑，输出就符合预期了：

from itertools import chain

lst = ['a', 1, 2, 3, 'b', 4, 5, 'c', 6]

def nestedWhileLoops():
    it = iter(lst)
    while True:
        try:
            item0 = next(it)
        except StopIteration:
            break
        if isinstance(item0, str):
            print(item0)
        else:
            # this shouldn't happen because of
            # 1. lst[0] is a str, and
            # 2. line B
            print(f"this shouldn't happen: {item0=}")
            pass
        while True:
            try:
                item1 = next(it)
            except StopIteration:
                # reached end of iterator
                return
            if not isinstance(item1, int):
                break
            print(f'\t{item1}')
        # reached a str
        assert isinstance(item1, str)
        it = chain(item1, it) # line B

nestedWhileLoops()

核心原因 #

差异的关键在于for循环对迭代器的绑定机制：

• 外层for item0 in it在循环初始化时，就已经把迭代器对象固定绑定到循环内部了。后续你修改变量it让它指向chain(item1, it)生成的新迭代器，完全不会影响外层for循环正在使用的那个原始迭代器。
• 第一次循环时，外层for用原始迭代器拿到'a'，内层for迭代原始迭代器拿到1、2、3，遇到'b'后break，接着你把it改成了包含'b'的新迭代器，但外层for循环根本不关心这个新的it，它依然拿着原始迭代器继续迭代，下一次直接取原始迭代器里的下一个元素4，自然就触发了错误分支。

而while循环的逻辑是每次通过next(it)获取元素，当it被重新赋值为新的迭代器后，下一次调用next(it)就会使用这个新迭代器。所以当遇到'b'时，it被替换成包含'b'的迭代器，下次外层while的next(it)就会先拿到'b'，完全符合预期逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者joseville