生成器

Posted 2021-03-17 qianslup

参考：https://www.cnblogs.com/liangmingshen/p/9706181.html

参考：https://blog.csdn.net/mieleizhi0522/article/details/82142856

 

一、定义：

生成器：在Python中，一边循环一边计算的机制，称为生成器：generator。

生成器是一个特殊的程序，可以被用作控制循环的迭代行为，python中生成器是迭代器的一种，使用yield返回值函数，每次调用yield会暂停，而可以使用next()函数和send()函数恢复生成器。

生成器类似于返回值为数组的一个函数，这个函数可以接受参数，可以被调用，但是，不同于一般的函数会一次性返回包括了所有数值的数组，生成器一次只能产生一个值，这样消耗的内存数量将大大减小，而且允许调用函数可以很快的处理前几个返回值，

因此生成器看起来像是一个函数，但是表现得却像是迭代器。

yiled：如果你还没有对yield有个初步分认识，那么你先把yield看做“return”，这个是直观的，它首先是个return，普通的return是什么意思，就是在程序中返回某个值，返回之后程序就不再往下运行了。

看做return之后再把它看做一个是生成器（generator）的一部分（带yield的函数才是真正的迭代器）

 

二 、 为什么要有生成器

列表所有数据都在内存中，如果有海量数据的话将会非常耗内存。

如：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。

如果列表元素按照某种算法推算出来，那我们就可以在循环的过程中不断推算出后续的元素，这样就不必创建完整的list，从而节省大量的空间。

简单一句话：我又想要得到庞大的数据，又想让它占用空间少，那就用生成器！

 

三、创建生成器

3.1 通过()创建

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：

g = (x * x for x in range(5))
print(g)

 

 

3.2 通过yiled

如果一个函数中包含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。调用函数就是创建了一个生成器（generator）对象。

 

四、生成器的工作原理

4.1 基本概念

4.1.1 生成器(generator)能够迭代的关键是它有一个next()方法，

　　工作原理就是通过重复调用next()方法，直到捕获一个异常。

4.1.2 带有 yield 的函数不再是一个普通函数，而是一个生成器generator。

　　可用next()调用生成器对象来取值。next 两种方式 t.__next__()  |  next(t)。

　　可用for 循环获取返回值（每执行一次，取生成器里面一个值）

　　（基本上不会用next()来获取下一个返回值，而是直接使用for循环来迭代）。

 4.1.3 yield相当于 return 返回一个值，并且记住这个返回的位置，下次迭代时，代码从yield的下一条语句开始执行。

 4.1.4 send() 和next()一样，都能让生成器继续往下走一步（下次遇到yield停），但send()能传一个值，这个值作为yield表达式整体的结果

 4.2 代码说明

4.2.1 next与for循环

generator = (x*x for x in range(5)) # 到第6个next才会出错。出错则停止
print(next(generator))
print(next(generator))
print(next(generator))
print(next(generator))
print(next(generator))
print(next(generator))

 

 

 

注意：重复调用next()方法，直到捕获一个异常。但是在用for来调用时，出现异常不会显示。

generator_ex = (x*x for x in range(5))
for i in generator_ex:
    print(i)

 

 

 for 循环不出错的原因

# 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

和下面的等价

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

 

 4.2.2 yield函数

def foo():
    print("starting...")
    while True:
        res = yield 4
        print("res:",res)
g = foo()
print(next(g))
print("*"*20)
print(next(g))
print(g.send(7))

 

 

 

代码说明：

先大致说一下send函数的概念：还有上面那个res的值为什么是None，这个变成了7，到底为什么，这是因为，

send是发送一个参数给res的，

return的时候，并没有把4赋值给res，下次执行的时候只好继续执行赋值操作，只好赋值为None了，

而如果用send的话，开始执行的时候，先接着上一次（return 4之后）执行，先把7赋值给了res,然后执行next的作用，遇见下一回的yield，return出结果后结束。

 

 执行顺序：

1.程序开始执行以后，因为foo函数中有yield关键字，所以foo函数并不会真的执行，而是先得到一个生成器g(相当于一个对象)

2.直到调用next方法，foo函数正式开始执行，先执行foo函数中的print方法，然后进入while循环

3.程序遇到yield关键字，然后把yield想想成return,return了一个4之后，程序停止，并没有执行赋值给res操作，此时next(g)语句执行完成，所以输出的前两行（第一个是while上面的print的结果,第二个是return出的结果）是执行print(next(g))的结果，

4.程序执行print("*"*20)，输出20个*

5.又开始执行下面的print(next(g)),这个时候和上面那个差不多，不过不同的是，这个时候是从刚才那个next程序停止的地方开始执行的，也就是要执行res的赋值操作，这时候要注意，这个时候赋值操作的右边是没有值的（因为刚才那个是return出去了，

    并没有给赋值操作的左边传参数），所以这个时候res赋值是None,所以接着下面的输出就是res:None,

6.程序会继续在while里执行，又一次碰到yield,这个时候同样return 出4，然后程序停止，print函数输出的4就是这次return出的4。

7.用send的话，开始执行的时候，先接着上一次（return 4之后）执行，先把7赋值给了res,然后执行next的作用，遇见下一回的yield，return出结果后结束。

 

五、 判断生成器函数

我们已经知道，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yield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

可以使用isinstance()判断一个对象是否为可Iterable对象

from collections import Iterable
iter_1 = (isinstance([], Iterable)) and (isinstance([], Iterable)) and isinstance(‘abc‘, Iterable) and isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
print(iter_1)

 

 

所以这里讲一下迭代器

一个实现了iter方法的对象是可迭代的，一个实现next方法并且是可迭代的对象是迭代器。

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。

所以一个实现了iter方法和next方法的对象就是迭代器。

生成器都是Iterator对象，但list、dict、str虽然是Iterable（可迭代对象），却不是Iterator（迭代器）

from collections import Iterator
iter_1 = (isinstance([], Iterator)) or (isinstance([], Iterator)) or isinstance(‘abc‘, Iterator)
print(iter_1)
iter_2 = isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
print(iter_2)

 

 

 

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

 

 

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。

 

 

 

对yield的总结

　　（1）通常的for..in...循环中，in后面是一个数组，这个数组就是一个可迭代对象，类似的还有链表，字符串，文件。他可以是a = [1,2,3]，也可以是a = [x*x for x in range(3)]。

它的缺点也很明显，就是所有数据都在内存里面，如果有海量的数据，将会非常耗内存。

　　（2）生成器是可以迭代的，但是只可以读取它一次。因为用的时候才生成，比如a = (x*x for x in range(3))。!!!!注意这里是小括号而不是方括号。

　　（3）生成器（generator）能够迭代的关键是他有next()方法，工作原理就是通过重复调用next()方法，直到捕获一个异常。

　　（4）带有yield的函数不再是一个普通的函数，而是一个生成器generator，可用于迭代

　　（5）yield是一个类似return 的关键字，迭代一次遇到yield的时候就返回yield后面或者右面的值。而且下一次迭代的时候，从上一次迭代遇到的yield后面的代码开始执行

　　（6）yield就是return返回的一个值，并且记住这个返回的位置。下一次迭代就从这个位置开始。

　　（7）带有yield的函数不仅仅是只用于for循环，而且可用于某个函数的参数，只要这个函数的参数也允许迭代参数。

　　（8）send()和next()的区别就在于send可传递参数给yield表达式，这时候传递的参数就会作为yield表达式的值，而yield的参数是返回给调用者的值，也就是说send可以强行修改上一个yield表达式值。

　　（9）send()和next()都有返回值，他们的返回值是当前迭代遇到的yield的时候，yield后面表达式的值，其实就是当前迭代yield后面的参数。

　　（10）第一次调用时候必须先next（）或send（）,否则会报错，send后之所以为None是因为这时候没有上一个yield，所以也可以认为next（）等同于send(None)