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。
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:
L = [x + 1 for x in range(5)]
L
g = (x + 1 for x in range(5))
g
创建L和g的区别仅在于最外层的[]和(),L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(or next())获得generator的下一个返回值:
next(g)
next(g)
next(g)
next(g)
next(g)
next(g)
generator保存的是算法,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。
上面这种不断调用next(g) 实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:
g = (x * x for x in range(10))
for n in g:
print(n, end="; ")
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。
生成器对象是通过使用yield关键字定义的函数对象,因此,生成器也是一个函数。生成器用于生成一个值得序列,以便在迭代器中使用。
"""
第一是直接作为脚本执行,
第二是import到其他的python脚本中被调用(模块重用)执行。
因此if __name__ == '__main__': 的作用就是控制这两种情况执行代码的过程,
在if __name__ == '__main__':下的代码只有在第一种情况下(即文件作为脚本直接执行)才会被执行,而import到其他脚本中是不会被执行的。
"""
def myYield(n):
while n > 0:
print('开始生成。。。')
yield n
print('完成一次。。。')
n -= 1
if __name__ == '__main__':
a = myYield(3)
print('已经实例化生成器对象') # a.__next__()
print('第二次调用__next__()方法:')
a.__next__()
yield 语句是生成器中的关键语句,生成器在实例化时并不会被执行,而是等待调用其next()方法才开始运行。并且当程序运行完yield语句后就会“吼(hold)住”,即保持当前状态且停止运行,等待下一次遍历时才恢复运行。
程序运行的结果中的空行后的输出“已经实例化生成器对象”之前,已经实例化了生成器对象,但生成器并没有运行(没有输出‘开始生成’)。当第一次手工调用next()方法之后,才输出‘开始生成’,标志着生成器已经运行,而在输出‘’第二次调用next()方法‘’之前并没有输出‘完成一次’,说明yield语句运行之后就立即停止了。而第二次调用next()方法之后,才输出‘完成一次’,说明生成器的回复运行是从yield语句之后开始运行的
a.__next__()
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:
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'
fib(5)
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:
# print(b)
yield b
a, b = b, a + b
n += 1
return 'well done'
这里,最难理解的就是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。
f = fib(5)
f
f.__next__()
f.__next__()
f.__next__()
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
生成器在Python中是一个非常强大的编程结构,可以用更少地中间变量写流式代码,此外,相比其它容器对象它更能节省内存和CPU,当然它可以用更少的代码来实现相似的功能。现在就可以动手重构你的代码了,但凡看到类似
def something(): result = [] for ... in ...: result.append(x) return result
都可以用生成器函数来替换:
def iter_something(): result = [] for ... in ...: yield x
杨辉三角
期待输出:
def triangles():
result = [1]
while True:
yield result
result = [1] + [result[i] + result[i + 1] for i in range(len(result) - 1)] + [1]
n = 0
results = []
for t in triangles():
print(t)
results.append(t)
n = n + 1
if n == 10:
break
if results == [
[1],
[1, 1],
[1, 2, 1],
[1, 3, 3, 1],
[1, 4, 6, 4, 1],
[1, 5, 10, 10, 5, 1],
[1, 6, 15, 20, 15, 6, 1],
[1, 7, 21, 35, 35, 21, 7, 1],
[1, 8, 28, 56, 70, 56, 28, 8, 1],
[1, 9, 36, 84, 126, 126, 84, 36, 9, 1]
]:
print('测试通过!')
else:
print('测试失败!')
可以直接作用于for循环的数据类型有以下几种:
一类是集合数据类型,如list,tuple,dict,set,str等 一类是generator ,包括生成器和带yeild的generator function
这些可以 直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象:Iterable 可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator
list,dict,str虽然是Iterable,却不是Iterator。
list,dict,str虽然是Iterable,却不是Iterator。
from collections import Iterator
from collections import Iterable
print(isinstance(a, Iterator))
print(isinstance(a, Iterable))
print(isinstance({}, Iterable))
print(isinstance('abc', Iterable))
生成器就是一个迭代器
a = (i for i in range(10))
print(next(a))
print(isinstance(a, Iterator))
iter(iterable)#一个参数,要求参数为可迭代的类型
把list、dict、str等Iterable变成Iterator可以使用iter()函数:
print(isinstance({}, Iterator))
print(isinstance('abc', 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。
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]:
print(x,end=',')
# 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)
print(x, end=',')
except StopIteration:
# 遇到StopIteration就退出循环
break