10.迭代器/生成器/协程函数/列表生成器

Posted 2020-10-05 简明现代魔法

迭代器
为什么要用迭代器？
小结：
生成器
为什么要使用生成器，什么是生成器？
如何创建一个生成器
举个栗子：斐波拉契数列
用yield返回结果的执行流程
作业代码以及注释：
协程函数
面向过程编程
作业以及代码注解：
典型范例以及代码解析：
列表生成式
生成器表达式
作业和练习

迭代器

为什么要用迭代器？

提供了一种不依赖索引的取值方式，使一些不具有索引属性的对象也能遍历输出
相比列表，迭代器的惰性计算更加节约内存。
但是它无法有针对性地指定取某个值，并且只能向后取值。

>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([],Iterable)
True

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)),Iterator)
True
>>> isinstance([],Iterator)
False
>>> isinstance({},Iterator)
False
>>> isinstance(‘abx‘,Iterator)
False

注意这两个单词：‘Iterable’和‘Iterator’

老师区分可迭代对象和迭代器的方法，就是对象是否内置.__iter__方法。而这个方法的运行，也就是xxx.__iter__()，被赋值给一个i。i = xxx.__iter__
那么这个i就成为一个迭代器。这个过程也可以表示为i = iter(xxx)
迭代器本身就有一个i.__next__方法，其实就相当于next(i)

• Iterable：表示这个对象是“可以被迭代的”。比如说list、dict、str都是Iterable，但是根据上面代码可以发现，list、dict、str并不能算迭代器。

• Iterator：迭代器对象。定义迭代器对象的时候，要有“数据流”的概念。迭代器和可迭代对象的差别就在于，迭代器是一个数据流，可以看成是一个有序序列，我们不知道序列的长度，只能通过next()函数对他进行不断迭代，直到爆出StopIteration的错误提示.

其实这个StopIteration并不能算一个错误，只是一个提示，表示这个迭代器已经被迭代完了。这时候就需要使用try……except……函数来规避掉这个错误，在出现StopIteration的时候自动跳出迭代。

可迭代对象转换成迭代器： iter()

小结：

凡是可以使用for循环的，都是Iterabale；
凡是可以使用next()方法的都是Iterator，迭代器代表一个惰性计算（无限有限皆可）序列，比方说：全体自然数集合就是一个Iterator；
一个迭代器被iter()之后，仍然是一个迭代器

for x in [1,2,3,4,5,6]:
    print (x)

print(‘======================‘)

it = iter([1,2,3,4,5,6])
while True:
    try:
        print(next(it))
    except StopIteration:
        break

以上两段代码输出结果相同，所以我们就能理解for方法的运行原理了

生成器

• 关键字：yield

为什么要使用生成器，什么是生成器？

可循环的类型（Iteratable）比如list，占用内存空间较大，当你想要其中的一个元素的时候只能将list放在内存里，根据索引去获取，生成器本质就是一个迭代器，但是我们知道迭代器是可以循环出来的，每次都可以只输出一个值，节约了内存空间。
如果一个迭代对象，他后面的每个值都是可以根据一定计算获得的。我们是否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list，节省了大部分空间。
这种一边循环一边计算的机制，就是生成器：generator

如何创建一个生成器

• 将列表生成式的[]改成()

>>> l = [x*x for x in range(10)]
>>> l
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> g = (x*x for x in range(10))
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x0000006CC7E0D1A8>

列表生成后，list可以直接打印出来，但是generator的迭代器属性，每个元素需要用next()函数获取

 >>> next(g)
0
>>> next(g)
1
>>> next(g)
4
>>> next(g)
9

以上这种调用方式，手工操作部分太多了，所以正确的调用应该是使用for循环：

>>> next(g)
0
>>> next(g)
1
>>> next(g)
4
>>> next(g)
9
>>> for i in g:
…     print(i)
…
16
25
36
49
64
81

啊哈哈哈哈，侧面反映了迭代器的单项输出性质，只能迭代下一个。这里还可以注意到，用for调用generator的时候，不需要担心StopIteration错误

举个栗子：斐波拉契数列

函数生成斐波拉契数列，并注释逻辑：

# 函数生成斐波拉契数列
def fibonacci(max):
    n, a, b = 0, 0, 1   #这里的n用于计数，取最大数用
                        #a是前置数，用于配合b获取最开始的两个数字
                        #b是第一个数
    while n < max:      #当n未达到max的时候
        print(b)        #打印数字b，后面可以看到，b的值是前两个数相加的和
        a, b = b, a + b #对a，b分别进行赋值，a是原来的b，b是前两数相加获得后的和
        n = n + 1       #n的计数加一
    return ‘done‘

这时候执行fibonacci（num），得到的结果就是一个最大长度为num的fibonacci数列了。
而想要把这个函数改成一个generator，其实只要通过一句yield就可以:

# 函数生成斐波拉契生成器
def fibonacci(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
        return ‘done‘
print(fibonacci(10))

结果为：

<generator object fibonacci at 0x000000D75546D1A8>

Process finished with exit code 0

这里的fibonacci已经不再是一个函数了，而是一个生成器，他的结果需要被循环出来，而他本身就作为一个方法被储存在某个变量里。

f = fibonacci(6)
for i in f :
    print(i)

用yield返回结果的执行流程

使用了yield之后，函数就变成了生成器。我们原先认为函数运行到return、或者函数的最后一行语句就返回。但是添加了yield之后的生成器不一样，在每次调用了next()执行，遇到yield就返回，再次执行时，从上次返回的yield开始继续执行

在一个函数中，可以有多个yield，但是这种不太常见，在我的理解里，yield就有点像IDE当中的debug断点，在指定断点输出一个值。但是这个断点越多越复杂，反而会不好，因为他最终返回的生成器是一个同类数据流，当你这个数据流中的数据出现两种，就不太适合被再次加工了。
所以一般用一个yield来定义一束数据流（生成器），然后通过生成器具有的迭代器特性来逐个输出处理数据。起到节约内存的作用。

注意：yield有时候会作为一个传参工具（下文会细说，搭配.send()使用，被称为协程函数），这时候的yield会被放在一个函数中比较靠前位置，但是函数本身暂时没有可以输出的值，这时候就需要提前使用next()方法，将生成器初始化到yield的位置
比较优秀的方法，是使用装饰器，提前将函数next()或者g.send(None)一次，并且方便后面的生成器运行调用:

def init(func):
    def wrapper(*args,**kwargs):
        res = func(*args,**kwargs)
        next(res)
        return res
    return wrapper

@init

如果上次的yield是最后一个，并且生成器是一个被while包围的函数，就从上次结束的yield处继续下次循环，仍然遇到这个yield就输出返回。

>>> def odd():
…     print(‘step1‘)
…     yield 1
…     print(‘step2‘)
…     yield 2
…     print(‘step3‘)
…     yield 3
>>> o = odd()
>>> next(o)
step1
1
>>> next(o)
step2
2
>>> next(o)
step3
3

实验记录：

>>> def foo():
…     print(‘llllll‘)
…     yield 3
…     print(‘wwwwww‘)
  File "<stdin>", line 4
    print(‘wwwwww‘)
                  ^
IndentationError: unindent does not match any outer indentation level

yield后面跟返回的值如果不用括号括起来，容易报错，注意养成习惯

作业代码以及注释：

#模拟管道功能，将cat的处理结果作为grep的输入
#从文件中获取想要的数据
def cat(file_name):         #传参获得目标文件名
    with open(file_name,‘r‘) as f:
        res = iter(f.readlines())
    return res
#通过readlines方法获取文件的行集合list，
#并且将这个集合生成为一个迭代器返回给函数


#传参获取目标关键字，文件内容迭代器，
def grep(key_str,iterator):
    for i in iterator:
    #迭代文件内容并且匹配关键字
        if key_str in i.strip():
            #匹配到后输出关键字
            print (i.strip())

# 调用函数阶段：
# grep(‘apple‘,cat(‘a.txt‘))

协程函数

如果函数内yield的表达形式为var= yield，那么必须在往生成器函数中传参前，next(g)或者e.send(None)
因为协程函数中，需要将函数初始化暂停至yield所在点，然后再进行生成器轮巡运算。

面向过程编程

在提协程函数的时候，还需要提一个面向过程编程思想：
流水式的变成思想，在设计程序时，需要把整个流程设计出来。
这种思想的优缺点：

• 优点：
  体系结构更加清晰
  简化程序的复杂度
• 缺点：
  可扩展性差，一条流程只能给一组功能使用。

作业以及代码注解：

# 定义一个可以不断传入（send方法）网址来进行爬取数据的生成器函数
# 定义一个配合协程函数的装饰器
def yield_next(func):
    def wrapper(*arg,**kwargs):
        res = func(*arg,**kwargs)
        next(res)
        #注意，这里仍然需要返回res给函数wrapper
        #如果缺少这步，下方调用return wrapper的时候无效
        return res
    return wrapper
#模块加载
from urllib.request import urlopen

@yield_next
def get_url():
    while True:
        url = yield
        #外部传值给yield 相当于yield 统一资源定位器，并且url能传入新的值
        url_res = urlopen(url)      #爬取url指定的页面内容
        webLine = url_res.read()    # 读取html页面
        print(webLine)              #输出url页面

g = get_url()
#由于之前使用了装饰器，这里不用next（）
g.send(‘http://www.baidu.com‘)

典型范例以及代码解析：

实现linux中grep -rl ‘python‘ dir_path效果的代码

# 想了半天觉得这个代码好蠢，不放了。

列表生成式

范例：

l = [‘egg%s‘%i for i in range(100) if i >50]
print(l)

g = os.walk(c:\\scott)
l1 = [‘%s\\%s‘%(i[0],j)for i in g for j in i[-1]]

返回结果放在最前，列表生成的for运算放在中间，后面可加判断语句
如果直接调用这个列表生成式的结果给一个函数进行运算，可以不用添加[]

生成器表达式

就是把列表生成的[]换成()
l = (‘egg%s‘%i for i in range(100) if i >50)

作业和练习

# 今日作业
# 有两个列表，
# 分别存放来老男孩报名学习linux和python课程的学生名字

linux = [‘钢弹‘, ‘小壁虎‘, ‘小虎比‘, ‘alex‘, ‘wupeiqi‘, ‘yuanhao‘]
python = [‘dragon‘, ‘钢弹‘, ‘zhejiangF4‘, ‘小虎比‘]
# 问题一：得出既报名linux又报名python的学生列表
l1 = [x for x in linux if  x in python]
print (l1)
# 问题二：得出只报名linux，而没有报名python的学生列表
l2 = [x for x in linux if x not in python]
print(l2)
# 问题三：得出只报名python，而没有报名linux的学生列表
l3 = [x for x in python if x not in linux]
print(l3)


shares = {

    ‘IBM‘: 36.6,

    ‘lenovo‘: 27.3,

    ‘huawei‘: 40.3,

    ‘oldboy‘: 3.2,
    ‘ocean‘:20.1
}

# 问题一：得出股票价格大于30的股票名字列表
list_1 = [i for i in shares if shares[i]>30]
print(list_1)
# 问题二：求出所有股票的总价格
list_sum = sum (shares[i] for i in shares)
print(list_sum)


l = [10, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

# 得到一个新列表l1，
# 新列表中每个元素是l中对应每个元素值的平方
l1 = [(x*x) for x in l]
print(l1)
# 过滤出l1中大于40的值，然后求和
l1_sum = sum(y for y in l1 if y >40)
print(l1_sum)