python基础（补充）：python三大器之生成器

生成器的定义

通过列表生成式，我们可以直接创建一个列表。但是，受到内存限制，列表容量肯定是有限的。而且，创建一个包含100万个元素的列表，不仅占用很大的存储空间，如果我们仅仅需要访问前面几个元素，那后面绝大多数元素占用的空间都白白浪费了。

所以，如果列表元素可以按照某种算法推算出来，那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢？这样就不必创建完整的list，从而节省大量的空间。在Python中，这种一边循环一边计算的机制，称为生成器：generator。

生成器的创建

生成器可以用两种方式创建:

• 生成器表达式 (里面是推导式,外面用圆括号)

• 生成器函数 (用def定义,里面含有yield)

生成器表达式

要创建一个generator，有很多种方法。第一种方法很简单，只要把一个列表生成式的[]改成()，就创建了一个generator：

li = [x * x for x in range(10)]
print(li)
# [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
 
g = (x * x for x in range(10))
print(g)
# <generator object <genexpr> at 0x000001A72D5D2E08>

生成器函数（yield）

generator非常强大。如果推算的算法比较复杂，用类似列表生成式的for循环无法实现的时候，还可以用函数来实现。

比如，著名的斐波拉契数列（Fibonacci），除第一个和第二个数外，任意一个数都可由前两个数相加得到：

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

斐波拉契数列用列表生成式写不出来，但是，用函数把它打印出来却很容易：

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print(b)
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'
 
# 注意，这里的赋值语句  a, b = b, a + b
# 相当于
# t = (b, a + b) # t是一个tuple
# a = t[0]
# b = t[1]
# 但不必显式写出临时变量t就可以赋值。
 

上面的函数可以输出斐波那契数列的前N个数：

print(fib(6))
# 1
# 1
# 2
# 3
# 5
# 8
# done

仔细观察，可以看出，fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则，可以从第一个元素开始，推算出后续任意的元素，这种逻辑其实非常类似generator。

也就是说，上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator，只需要把print(b)改为yield b就可以了：

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'

这就是定义generator的另一种方法。如果一个函数定义中包含yield关键字，那么这个函数就不再是一个普通函数，而是一个generator：

f = fib(6)
print(f)
 
# <generator object fib at 0x000001AB51492E08>

生成器的调用

调用生成器的方式：

• next()函数
• for循环
• for循环 + next()函数

next()函数

创建li和g的区别仅在于最外层的[]和()，li是一个list，而g是一个generator。

我们可以直接打印出list的每一个元素，但我们怎么打印出generator的每一个元素呢？

如果要一个一个打印出来，可以通过next()函数获得generator的下一个返回值：

g = (x * x for x in range(10))
 
print(next(g))  # 0
print(next(g))  # 1
print(next(g))  # 4
print(next(g))  # 9
print(next(g))  # 16
print(next(g))  # 25
print(next(g))  # 36
print(next(g))  # 49
print(next(g))  # 64
print(next(g))  # 81
print(next(g))
'''
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python_project/mxxl/test/test.py", line 18, in <module>
    print(next(g))
StopIteration
'''
# 每次调用next(g)，就计算出g的下一个元素的值，直到计算到最后一个元素，没有更多的元素时，抛出StopIteration的错误。
 

for循环

当然，上面这种不断调用next(g)实在是太变态了，我们可以使用for循环来调用generator，因为generator也是可迭代对象：

g = (x * x for x in range(10))
 
for i in g:
    print(i)
    
# 0
# 1
# 4
# 9
# 16
# 25
# 36
# 49
# 64
# 81

所以，我们创建了一个generator后，基本上永远不会调用next()，而是通过for循环来迭代它，并且不需要关心StopIteration的错误。

但是需要注意的是，当数据量过大时，会形成形成类似于死循环的效果（这里可以自己试验一下），所以就提出了下面的调用方法

for + next()

g = (x * x for x in range(10))
 
# 调用几次循环几次
for i in range(3):
	print(next(g))
 
# 0
# 1
# 4

注意点

generator和函数的执行流程不一样：

• 函数是顺序执行，遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。

• 而变成generator的函数，在每次调用next()的时候执行，遇到yield语句返回，再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。

举个简单的例子，定义一个generator，依次返回数字1，2，3：

def odd():
    print('step 1')
    yield 1
    print('step 2')
    yield(3)
    print('step 3')
    yield(5)

调用该generator时，首先要生成一个generator对象，然后用next()函数不断获得下一个返回值：

o = odd()
next(o)
# step 1
 
next(o)
# step 2
 
next(o)
# step 3
 
next(o)
'''
Traceback (most recent call last):
  File "D:/python_project/mxxl/test/test.py", line 23, in <module>
    next(o)
StopIteration
'''

可以看到，odd不是普通函数，而是generator，在执行过程中，遇到yield就中断，下次又继续执行。执行3次yield后，已经没有yield可以执行了，所以，第4次调用next(o)就报错。

回到fib的例子，我们在循环过程中不断调用yield，就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环，不然就会产生一个无限数列出来。

同样的，把函数改成generator后，我们基本上从来不会用next()来获取下一个返回值，而是直接使用for循环来迭代：

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'
 
for i in fib(6):
    print(i)
 
# 1
# 1
# 2
# 3
# 5
# 8
 

但是用for循环调用generator时，发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值，必须捕获StopIteration错误，返回值包含在StopIteration的value中：

g = fib(6)
while True:
	try:
		x = next(g)
		print('g:', x)
	except StopIteration as e:
		print('Generator return value:', e.value)
		break
# g: 1
# g: 1
# g: 2
# g: 3
# g: 5
# g: 8
# Generator return value: done