Python生成器与yield

列表推导与生成器表达式

当我们创建了一个列表的时候，就创建了一个可以迭代的对象：

>>> squares=[n*n for n in range(3)]
>>> for i in squares:
    print i
     
0
1
4

这种创建列表的操作很常见，称为列表推导。但是像列表这样的迭代器，比如str、file等，虽然用起来很方便，但有一点，它们是储存在内存中的，如果值很大，会很麻烦。

而生成器表达式不同，它执行的计算与列表包含相同，但会迭代的生成结果。它的语法与列表推导一样，只是要用小括号来代替中括号：

>>> squares=(n*n for n in range(3))
>>> for i in squares:
    print i
     
0
1
4

生成器表达式不会创建序列形式的对象，不会把所有的值都读取到内存中，而是会创建一个通过迭代并按照需求生成值的生成器对象(Generator)。

那么，还有没有其它方法来产生生成器呢？

例子:斐波那契数列

例如有个需求，要生成斐波那契数列的前10位,我们可以这样写：

def fib(n):
    result=[]
    a=1
    b=1
    result.append(a)
    for i in range(n-1):
        a,b=b,a+b
        result.append(a)
    return result
if __name__=='__main__':
    print fib(10)

数字很少时，函数运行良好，但数字很多时，问题就来了，显然生成一个几千几万长度的列表并不是一个很好的主意。

这样，需求就变成了：写一个可以生成可迭代对象的函数，或者说，不要让函数一次返回全部的值，而是一次返回一个值。

这好像与我们的常识相违背，当我们调用一个普通的Python函数时，一般是从函数的第一行代码开始执行，结束于return语句、异常或者函数结束(可以看作隐式的返回None):

def fib(n):
    a=1
    b=1
    for i in range(n-1):
        a,b=b,a+b
        return a
if __name__=='__main__':
    print fib(10)
>>> 
1    #返回第一个值时就卡住了

函数一旦将控制权交还给调用者，就意味着全部结束。函数中做的所有工作以及保存在局部变量中的数据都将丢失。再次调用这个函数时，一切都将从头创建。函数只有一次返回结果的机会，因而必须一次返回所有的结果。通常我们都这么认为的。但是，如果它们并非如此呢？请看神奇的yield：

def fib(n):
    a=1
    yield a
    b=1
    for i in range(n-1):
        a,b=b,a+b
        yield a
if __name__=='__main__':
    for i in fib(10):
        print i
>>> 
1
1
2
3
5
8
13
21
34

生成器Generator

python中生成器的定义很简单，使用了yield关键字的函数就可以称之为生成器，它生成一个值的序列：

def countdown(n):
    while n>0:
        yield n
        n-=1
if __name__=='__main__':
    for i in countdown(10):
        print i

生成器函数返回生成器。要注意的是生成器就是一类特殊的迭代器。作为一个迭代器，生成器必须要定义一些方法，其中一个就是__next__()。如同迭代器一样，我们可以使用next()函数(Python3是__next__() )来获取下一个值：

>>> c=countdown(10)
>>> c.next()
10
>>> c.next()
9

每当生成器被调用的时候，它会返回一个值给调用者。在生成器内部使用yield来完成这个动作。为了记住yield到底干了什么，最简单的方法是把它当作专门给生成器函数用的特殊的return。调用next()时，生成器函数不断的执行语句，直至遇到yield为止，此时生成器函数的"状态"会被冻结，所有的变量的值会被保留下来，下一行要执行的代码的位置也会被记录，直到再次调用next()继续执行yield之后的语句。

next()不能无限执行，当迭代结束时，会抛出StopIteration异常。迭代未结束时，如果你想结束生成器，可以使用close()方法。

>>> c.next()
1
>>> c.next()
StopIteration
>>> c=countdown(10)
>>> c.next()
10
>>> c.close()
>>> c.next()
StopIteration

协程与yield表达式

yield语句还有更给力的功能，作为一个语句出现在赋值运算符的右边，接受一个值，或同时生成一个值并接受一个值。

def recv():
    print 'Ready'
    while True:
        n=yield
        print 'Go %s'%n
>>> c=recv()
>>> c.next()
Ready
>>> c.send(1)
Go 1
>>> c.send(2)
Go 2

以这种方式使用yield语句的函数称为协程。在这个例子中，对于next()的初始调用是必不可少的，这样协程才能执行可通向第一个yield表达式的语句。在这里协程会挂起，等待相关生成器对象send()方法给它发送一个值。传递给send()的值由协程中的yield表达式返回。

协程的运行一般是无限期的，使用方法close()可以显式的关闭它。

如果yield表达式中提供了值，协程可以使用yield语句同时接收和发出返回值。

def split_line():
    print 'ready to split'
    result=None
    while True:
        line=yield result
        result=line.split()
>>> s=split_line()
>>> s.next()
ready to split
>>> s.send('1 2 3')
['1', '2', '3']
>>> s.send('a b c')
['a', 'b', 'c']

注意：理解这个例子中的先后顺序非常重要。首个next()方法让协程执行到yield result，这将返回result的值None。在接下来的send()调用中，接收到的值被放到line中并拆分到result中。send()方法的返回值就是下一条yield语句的值。也就是说，send()方法可以将一个值传递给yield表达式，但是其返回值来自下一个yield表达式，而不是接收send()传递的值的yield表达式。

如果你想用send()方法来开启协程的执行，必须先send一个None值，因为这时候是没有yield语句来接受值的，否则就会抛出异常。

>>> s=split_line()
>>> s.send('1 2 3')
TypeError: can't send non-None value to a just-started generator
>>> s=split_line()
>>> s.send(None)
ready to split

使用生成器与协程

乍看之下，如何使用生成器和协程解决实际问题似乎并不明显。但在解决系统、网络和分布式计算方面的某些问题时，生成器和协程特别有用。实际上，yield已经成为Python最强大的关键字之一。

比如，要建立一个处理文件的管道：

import os,sys
def default_next(func):
    def start(*args,**kwargs):
        f=func(*args,**kwargs)
        f.next()
        return f
    return start
@default_next
def find_files(target):
    topdir=yield
    while True:
        for path,dirname,filelist in os.walk(topdir):
            for filename in filelist:
                target.send(os.path.join(path,filename))
 
@default_next
def opener(target):
    while True:
        name=yield
        f=open(name)
        target.send(f)
     
@default_next
def catch(target):
    while True:
        f=yield
        for line in f:
            target.send(line)
             
@default_next
def printer():
    while True:
        line=yield
        print line