python 生成器 迭代器 yiled

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生成器(generator)概念

生成器不会把结果保存在一个系列中，而是保存生成器的状态，在每次进行迭代时返回一个值，直到遇到StopIteration异常结束。

生成器语法

生成器表达式： 通列表解析语法，只不过把列表解析的[]换成()
生成器表达式能做的事情列表解析基本都能处理，只不过在需要处理的序列比较大时，列表解析比较费内存。

gen = (x**2 for x in range(5))
print gen
for g in gen:
    print g 

打印生成器可以通过generator的next()方法：

　　g.next() 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。

生成器函数： 在函数中如果出现了yield关键字，那么该函数就不再是普通函数，而是生成器函数。

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

但是生成器函数可以生产一个无线的序列，这样列表根本没有办法进行处理。

yield 的作用就是把一个函数变成一个 generator，带有 yield 的函数不再是一个普通函数，Python 解释器会将其视为一个 generator。

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。

yield 与 return

在一个生成器中，如果没有return，则默认执行到函数完毕时返回StopIteration；

def g1():
    yield 1
g=g1()
print next(g)    #第一次调用next(g)时，会在执行完yield语句后挂起，所以此时程序并没有执行结束。
print next(g)    #程序试图从yield语句的下一条语句开始执行，发现已经到了结尾，所以抛出StopIteration异常。

如果遇到return,如果在执行过程中 return，则直接抛出 StopIteration 终止迭代。

def g2():
    yield 'a'
    return
    yield 'b'
g=g2()
print next(g)    #程序停留在执行完yield 'a'语句后的位置。
print next(g)    #程序发现下一条语句是return，所以抛出StopIteration异常，这样yield 'b'语句永远也不会执行。

如果在return后返回一个值，那么这个值为StopIteration异常的说明，不是程序的返回值。

生成器没有办法使用return来返回值。

def g3():   ##python 版本要大于3.3
    yield 'hello'
    # return 'world'
g=g3()
print next(g)
print next(g)

生成器支持的方法

odd = class generator(object)
 |  Methods defined here:
 ......
 |  close(...)
 |      close() -> raise GeneratorExit inside generator.
 |
 |  send(...)
 |      send(arg) -> send 'arg' into generator,
 |      return next yielded value or raise StopIteration.
 |
 |  throw(...)
 |      throw(typ[,val[,tb]]) -> raise exception in generator,
 |      return next yielded value or raise StopIteration.

close()

手动关闭生成器函数，后面的调用会直接返回StopIteration异常。

send()

生成器函数最大的特点是可以接受外部传入的一个变量，并根据变量内容计算结果后返回。
这是生成器函数最难理解的地方，也是最重要的地方，实现后面我会讲到的协程就全靠它了。

def gen():
    value = 0
    while True:
        receive = yield value
        if receive == 'e':
            break
        value = 'got: %s' % receive

g = gen()
print(g.send(None))
print(g.send('aaa'))
print(g.send(3))
print(g.send('e'))

执行流程：

1. 通过g.send(None)或者next(g)可以启动生成器函数，并执行到第一个yield语句结束的位置。此时，执行完了yield语句，但是没有给receive赋值。yield value会输出初始值0注意：在启动生成器函数时只能send(None),如果试图输入其它的值都会得到错误提示信息。
2. 通过g.send(‘aaa’)，会传入aaa，并赋值给receive，然后计算出value的值，并回到while头部，执行yield value语句有停止。此时yield value会输出”got: aaa”，然后挂起。
3. 通过g.send(3)，会重复第2步，最后输出结果为”got: 3″
4. 当我们g.send(‘e’)时，程序会执行break然后推出循环，最后整个函数执行完毕，所以会得到StopIteration异常。

最后的执行结果如下：

0
got: aaa
got: 3
Traceback (most recent call last):
File "h.py", line 14, in <module>
  print(g.send('e'))
StopIteration

 throw()

用来向生成器函数送入一个异常，可以结束系统定义的异常，或者自定义的异常。
throw()后直接跑出异常并结束程序，或者消耗掉一个yield，或者在没有下一个yield的时候直接进行到程序的结尾。

def gen():
    while True: 
        try:
            yield 'normal value'
            yield 'normal value 2'
            print('here')
        except ValueError:
            print('we got ValueError here')
        except TypeError:
            break
g=gen()
print(next(g))
print(g.throw(ValueError))
print(next(g))
print(g.throw(TypeError))

解释：

1. print(next(g))：会输出normal value，并停留在yield ‘normal value 2’之前。
2. 由于执行了g.throw(ValueError)，所以会跳过所有后续的try语句，也就是说yield ‘normal value 2’不会被执行，然后进入到except语句，打印出we got ValueError here。然后再次进入到while语句部分，消耗一个yield，所以会输出normal value。
3. print(next(g))，会执行yield ‘normal value 2’语句，并停留在执行完该语句后的位置。
4. g.throw(TypeError)：会跳出try语句，从而print(‘here’)不会被执行，然后执行break语句，跳出while循环，然后到达程序结尾，所以跑出StopIteration异常。

 下面给出一个综合例子，用来把一个多维列表展开，或者说扁平化多维列表)

def flatten(nested):
 
    try:
        #如果是字符串，那么手动抛出TypeError。
        if isinstance(nested, str):
            raise TypeError
        for sublist in nested:
            #yield flatten(sublist)
            for element in flatten(sublist):
                #yield element
                print('got:', element)
    except TypeError:
        #print('here')
        yield nested
 
L=['aaadf',[1,2,3],2,4,[5,[6,[8,[9]],'ddf'],7]]
for num in flatten(L):
    print(num)

总结

1. 按照鸭子模型理论，生成器就是一种迭代器，可以使用for进行迭代。
2. 第一次执行next(generator)时，会执行完yield语句后程序进行挂起，所有的参数和状态会进行保存。再一次执行next(generator)时，会从挂起的状态开始往后执行。在遇到程序的结尾或者遇到StopIteration时，循环结束。
3. 可以通过generator.send(arg)来传入参数，这是协程模型。
4. 可以通过generator.throw(exception)来传入一个异常。throw语句会消耗掉一个yield。可以通过generator.close()来手动关闭生成器。
5. next()等价于send(None)

 

迭代器

这些可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象：Iterable。 

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterable对象：

from collections import Iterable
print isinstance([], Iterable)
print isinstance({}, Iterable)
print isinstance('abc', Iterable)
print isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
print isinstance(100, Iterable)

而生成器不但可以作用于for循环，还可以被next()函数不断调用并返回下一个值，直到最后抛出StopIteration错误表示无法继续返回下一个值了。

可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器：Iterator。

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象：

from collections import Iterator
print isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
print isinstance([], Iterator)
print isinstance({}, Iterator)
print isinstance('abc', Iterator)

生成器都是Iterator对象，但list、dict、str虽然是Iterable，却不是Iterator。

把list、dict、str等Iterable变成Iterator可以使用iter()函数：

from collections import Iterator
print isinstance(iter([]), Iterator)
print isinstance(iter('abc'), Iterator)

你可能会问，为什么list、dict、str等数据类型不是Iterator？

这是因为Python的Iterator对象表示的是一个数据流，Iterator对象可以被next()函数调用并不断返回下一个数据，直到没有数据时抛出StopIteration错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列，但我们却不能提前知道序列的长度，只能不断通过next()函数实现按需计算下一个数据，所以Iterator的计算是惰性的，只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

Iterator甚至可以表示一个无限大的数据流，例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

 

小结

凡是可作用于for循环的对象都是Iterable类型；

凡是可作用于next()函数的对象都是Iterator类型，它们表示一个惰性计算的序列；

集合数据类型如list、dict、str等是Iterable但不是Iterator，不过可以通过iter()函数获得一个Iterator对象。

Python的for循环本质上就是通过不断调用next()函数实现的，例如：

for x in [1, 2, 3, 4, 5]:
    pass

实际上完全等价于：

# 首先获得Iterator对象:
it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
# 循环:
while True:
    try:
        # 获得下一个值:
        x = next(it)
    except StopIteration:
        # 遇到StopIteration就退出循环
        break