range 函数

range() 是 Python 内置函数，用于生成一个等差整数序列。它返回的对象在行为上很像列表，但实际上采用惰性求值策略——只在被迭代时逐个产生数值，而不是一次性把所有数字存入内存。这使得 range(1000000) 几乎不消耗额外空间。

三种调用形式

range() 支持一到三个参数，分别对应不同的使用场景：

一个参数：range(stop)

只给定终止值时，序列从 0 开始，步长为 1，不包含 stop 本身：

for i in range(5):
    print(i)

输出 0、1、2、3、4，共 5 个值。range(5) 生成的序列长度为 5，恰好对应长度为 5 的列表的所有合法索引。

两个参数：range(start, stop)

给定起始值和终止值，序列从 start 开始，仍然不包含 stop：

for i in range(3, 8):
    print(i)

输出 3、4、5、6、7。这种形式适合需要非零起始索引的场景，比如处理列表的某个切片。

三个参数：range(start, stop, step)

给定起始值、终止值和步长，序列按指定步长递增或递减：

# 步长为 2，生成偶数
for i in range(0, 10, 2):
    print(i)  # 0, 2, 4, 6, 8

# 步长为 3
print(list(range(0, 10, 3)))  # [0, 3, 6, 9]

负数步长

当 step 为负数时，range 生成递减序列。此时 start 必须大于 stop，否则序列为空：

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

# 从 10 倒数到 1
for i in range(10, 0, -1):
    print(i)

# 负数范围
print(list(range(-10, -100, -30)))  # [-10, -40, -70]

注意 range(5, 0, -1) 不包含 0，这与正步长时不包含 stop 的规则一致。如果需要包含 0，应写 range(5, -1, -1)。

惰性求值与内存效率

range() 返回的对象不是列表，而是一种特殊的不可变序列类型。它只记录 start、stop 和 step 三个参数，在迭代时才实时计算下一个值：

r = range(1000000)
print(r)          # range(0, 1000000)
print(len(r))     # 1000000
print(r[999999])  # 999999，支持索引访问

直接打印 range 对象不会展开所有元素，而是显示其参数定义。这种设计让超大范围的序列几乎不占内存，也支持 len() 和索引访问等操作。

与 list 的区别

range 对象和列表的关键差异在于求值时机和内存占用：

特性	range	list
内存占用	固定（只存三个整数）	与元素数量成正比
求值方式	惰性，迭代时计算	立即求值，所有元素已存在
可变性	不可变	可变
元素类型	仅限整数	任意类型

如果需要真正的列表（例如修改元素、使用列表方法），可以用 list() 转换：

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

但转换会丧失 range 的内存优势，对于大序列应谨慎使用。

常见用法

按索引迭代序列

a = ['Mary', 'had', 'a', 'little', 'lamb']

for i in range(len(a)):
    print(i, a[i])

输出：

0 Mary
1 had
2 a
3 little
4 lamb

不过，这种场景更推荐使用 enumerate()，它同时提供索引和元素，代码更简洁：

for i, word in enumerate(a):
    print(i, word)

生成数字序列用于计算

total = sum(range(4))  # 0 + 1 + 2 + 3
print(total)  # 6

sum() 接受任何可迭代对象，range 的惰性特性让它成为理想的参数。

重复执行 N 次

当不关心循环变量具体值，只需要固定次数时：

for _ in range(3):
    print("重要的事说三遍")

用 _ 作为变量名是 Python 惯例，表示"该变量不会被使用"。

边界与空序列

当参数组合无法产生任何元素时，range 返回空序列，不会报错：

print(list(range(5, 5)))       # []，start == stop
print(list(range(5, 3)))       # []，start > stop 且 step 为正
print(list(range(3, 5, -1)))   # []，start < stop 且 step 为负

成员判断

range 对象支持 in 操作符进行成员判断，且效率很高——它通过算术计算而非逐个扫描来判定：

r = range(0, 1000000, 2)
print(500000 in r)   # True，O(1) 时间
print(500001 in r)   # False

即使范围极大，成员判断也几乎是瞬间完成的。

常见错误

误以为 range 包含终止值：

# 错误预期：输出 1 到 5
for i in range(1, 5):
    print(i)  # 实际输出 1, 2, 3, 4

range 遵循左闭右开区间 [start, stop)，这是 Python 切片和索引系统的统一设计。

步长为零：

range(1, 5, 0)  # ValueError: range() arg 3 must not be zero

步长不能为零，否则序列无法推进。

用浮点数做参数：

range(0, 1, 0.1)  # TypeError: 'float' object cannot be interpreted as an integer

range 只接受整数参数。如果需要浮点步长，应使用 numpy.arange() 或手动循环。

range() 是 Python 中生成整数序列的标准工具，理解其惰性求值特性和参数规则，能够在保持代码简洁的同时获得出色的内存效率。