草根學Python（七） 迭代器和生成器

前言

這篇博客寫了好久，其實寫每一篇博客用的時間仍是挺長的，不夠這有利於本身的學習，也想分享一下。以前也說了建立了一個微信羣，Python 學習討論羣，如今只有 40 個左右的小夥伴，若是有興趣加入學習討論的話，能夠加我微信:androidwed,拉你進羣。想看回以前的文章，也能夠經過 Gitbook 查看，歡迎提出問題和點下 star，及時查看更新。

目錄

草根學Python（七） 迭代器和生成器

1、迭代

什麼叫作迭代？

好比在 Java 中，咱們經過 List 集合的下標來遍歷 List 集合中的元素，在 Python 中，給定一個 list 或 tuple，咱們能夠經過 for 循環來遍歷這個 list 或 tuple ，這種遍歷就是迭代。

但是，Python 的 for 循環抽象程度要高於 Java 的 for 循環的，爲何這麼說呢？由於 Python 的 for 循環不只能夠用在 list 或tuple 上，還能夠做用在其餘可迭代對象上。也就是說，只要是可迭代的對象，不管有沒有下標，都是能夠迭代的。

好比：

# -*- coding: UTF-8 -*-

# 一、for 循環迭代字符串
for char in 'liangdianshui' :
    print ( char , end = ' ' )

print('\n')

# 二、for 循環迭代 list
list1 = [1,2,3,4,5]
for num1 in list1 :
    print ( num1 , end = ' ' )

print('\n')

# 三、for 循環也能夠迭代 dict （字典）
dict1 = {'name':'兩點水','age':'23','sex':'男'}

for key in dict1 :    # 迭代 dict 中的 key
    print ( key , end = ' ' )

print('\n')

for value in dict1.values() :   # 迭代 dict 中的 value
    print ( value , end = ' ' )

print ('\n')

# 若是 list 裏面一個元素有兩個變量，也是很容易迭代的
for x , y in [ (1,'a') , (2,'b') , (3,'c') ] :
    print ( x , y )複製代碼

輸出的結果以下：

l i a n g d i a n s h u i 

1 2 3 4 5 

name age sex 

兩點水 23 男 

1 a
2 b
3 c複製代碼

2、Python 迭代器

上面簡單的介紹了一下迭代，迭代是 Python 最強大的功能之一，是訪問集合元素的一種方式。如今正式進入主題：迭代器，迭代器是一個能夠記住遍歷的位置的對象。

迭代器對象從集合的第一個元素開始訪問，直到全部的元素被訪問完結束。

迭代器只能往前不會後退。

迭代器有兩個基本的方法：iter() 和 next(),且字符串，列表或元組對象均可用於建立迭代器，迭代器對象可使用常規 for 語句進行遍歷，也可使用 next() 函數來遍歷。

具體的實例：

# 一、字符創建立迭代器對象
str1 = 'liangdianshui'
iter1 = iter ( str1 )

# 二、list對象建立迭代器
list1 = [1,2,3,4]
iter2 = iter ( list1 )

# 三、tuple(元祖) 對象建立迭代器
tuple1 = ( 1,2,3,4 )
iter3 = iter ( tuple1 )

# for 循環遍歷迭代器對象
for x in iter1 :
    print ( x , end = ' ' )

print('\n------------------------')

# next() 函數遍歷迭代器
while True :
    try :
        print ( next ( iter3 ) )
    except StopIteration :
        break複製代碼

最後輸出的結果：

l i a n g d i a n s h u i 
------------------------
1
2
3
4複製代碼

3、lsit 生成式（列表生成式）

一、建立 list 的方式

以前通過咱們的學習，都知道如何建立一個 list ，但是有些狀況，用賦值的形式建立一個 list 太麻煩了，特別是有規律的 list ，一個一個的寫，一個一個賦值，太麻煩了。好比要生成一個有 30 個元素的 list ，裏面的元素爲 1 - 30 。咱們能夠這樣寫：

# -*- coding: UTF-8 -*-

list1=list ( range (1,31) )
print(list1)複製代碼

輸出的結果：

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30]複製代碼

這個其實在以前也有提到過：好比有個例子，打印九九乘法表，用這個方法其實就幾句代碼就能夠了，具體能夠看以前的這個章節：條件語句和循環語句綜合實例

可是，若是用到 list 生成式，能夠一句代碼就生成九九乘法表了。具體看代碼：

print('\n'.join([' '.join ('%dx%d=%2d' % (x,y,x*y)  for x in range(1,y+1)) for y in range(1,10)]))複製代碼

最後輸出的結果：

1x1= 1
1x2= 2 2x2= 4
1x3= 3 2x3= 6 3x3= 9
1x4= 4 2x4= 8 3x4=12 4x4=16
1x5= 5 2x5=10 3x5=15 4x5=20 5x5=25
1x6= 6 2x6=12 3x6=18 4x6=24 5x6=30 6x6=36
1x7= 7 2x7=14 3x7=21 4x7=28 5x7=35 6x7=42 7x7=49
1x8= 8 2x8=16 3x8=24 4x8=32 5x8=40 6x8=48 7x8=56 8x8=64
1x9= 9 2x9=18 3x9=27 4x9=36 5x9=45 6x9=54 7x9=63 8x9=72 9x9=81複製代碼

不過，這裏咱們先要了解如何建立 list 生成式

二、list 生成式的建立

首先，lsit 生成式的語法爲：

[expr for iter_var in iterable] 
[expr for iter_var in iterable if cond_expr]複製代碼

第一種語法：首先迭代 iterable 裏全部內容，每一次迭代，都把 iterable 裏相應內容放到iter_var 中，再在表達式中應用該 iter_var 的內容，最後用表達式的計算值生成一個列表。

第二種語法：加入了判斷語句，只有知足條件的內容才把 iterable 裏相應內容放到 iter_var 中，再在表達式中應用該 iter_var 的內容，最後用表達式的計算值生成一個列表。

其實不難理解的，由於是 list 生成式，所以確定是用 [] 括起來的，而後裏面的語句是把要生成的元素放在前面，後面加 for 循環語句或者 for 循環語句和判斷語句。

例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
lsit1=[x * x for x in range(1, 11)]
print(lsit1)複製代碼

輸出的結果：

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]複製代碼

能夠看到，就是把要生成的元素 x * x 放到前面，後面跟 for 循環，就能夠把 list 建立出來。那麼 for 循環後面有 if 的形式呢？又該如何理解：

# -*- coding: UTF-8 -*-
lsit1= [x * x for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
print(lsit1)複製代碼

輸出的結果：

[4, 16, 36, 64, 100]複製代碼

這個例子是爲了求 1 到 10 中偶數的平方根，上面也說到， x * x 是要生成的元素，後面那部分其實就是在 for 循環中嵌套了一個 if 判斷語句。

那麼有了這個知識點，咱們也能夠猜測出，for 循環裏面也嵌套 for 循環。具體示例：

# -*- coding: UTF-8 -*-
lsit1= [(x+1,y+1) for x in range(3) for y in range(5)] 
print(lsit1)複製代碼

輸出的結果：

[(1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (2, 4), (2, 5), (3, 1), (3, 2), (3, 3), (3, 4), (3, 5)]複製代碼

其實知道了 list 生成式是怎樣組合的，就不難理解這個東西了。由於 list 生成式只是把以前學習的知識點進行了組合，換成了一種更簡潔的寫法而已。

4、生成器

一、爲何須要生成器

經過上面的學習，能夠知道列表生成式，咱們能夠直接建立一個列表。可是，受到內存限制，列表容量確定是有限的。並且，建立一個包含 1000 萬個元素的列表，不只佔用很大的存儲空間，若是咱們僅僅須要訪問前面幾個元素，那後面絕大多數元素佔用的空間都白白浪費了。

因此，若是列表元素能夠按照某種算法推算出來，那咱們是否能夠在循環的過程當中不斷推算出後續的元素呢？這樣就沒必要建立完整的 list，從而節省大量的空間。在 Python 中，這種一邊循環一邊計算的機制，稱爲生成器：generator。

在 Python 中，使用了 yield 的函數被稱爲生成器（generator）。

跟普通函數不一樣的是，生成器是一個返回迭代器的函數，只能用於迭代操做，更簡單點理解生成器就是一個迭代器。

在調用生成器運行的過程當中，每次遇到 yield 時函數會暫停並保存當前全部的運行信息，返回yield的值。並在下一次執行 next()方法時從當前位置繼續運行。

那麼如何建立一個生成器呢？

二、生成器的建立

最簡單最簡單的方法就是把一個列表生成式的 [] 改爲 ()

# -*- coding: UTF-8 -*-
gen= (x * x for x in range(10))
print(gen)複製代碼

輸出的結果：

generator object 
  
  
  

 
  
  at 0x0000000002734A40 

 複製代碼

建立 List 和 generator 的區別僅在於最外層的 [] 和 () 。可是生成器並不真正建立數字列表， 而是返回一個生成器，這個生成器在每次計算出一個條目後，把這個條目「產生」 ( yield ) 出來。 生成器表達式使用了「惰性計算」 ( lazy evaluation，也有翻譯爲「延遲求值」，我覺得這種按需調用 call by need 的方式翻譯爲惰性更好一些)，只有在檢索時才被賦值（ evaluated ），因此在列表比較長的狀況下使用內存上更有效。

那麼居然知道了如何建立一個生成器，那麼怎麼查看裏面的元素呢？

三、遍歷生成器的元素

按咱們的思惟，遍歷用 for 循環，對了，咱們能夠試試：

# -*- coding: UTF-8 -*-
gen= (x * x for x in range(10))

for num  in  gen :
    print(num)複製代碼

沒錯，直接這樣就能夠遍歷出來了。固然，上面也提到了迭代器，那麼用 next() 能夠遍歷嗎？固然也是能夠的。

四、以函數的形式實現生成器

上面也提到，建立生成器最簡單最簡單的方法就是把一個列表生成式的 [] 改爲 ()。爲啥忽然來個以函數的形式來建立呢？

其實生成器也是一種迭代器，可是你只能對其迭代一次。這是由於它們並無把全部的值存在內存中，而是在運行時生成值。你經過遍從來使用它們，要麼用一個「for」循環，要麼將它們傳遞給任意能夠進行迭代的函數和結構。並且實際運用中，大多數的生成器都是經過函數來實現的。那麼咱們該如何經過函數來建立呢？

先不急，來看下這個例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def my_function():
    for i in range(10):
        print ( i )

my_function()複製代碼

輸出的結果：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9複製代碼

若是咱們須要把它變成生成器，咱們只須要把 print ( i ) 改成 yield i 就能夠了，具體看下修改後的例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def my_function():
    for i in range(10):
        yield i

print(my_function())複製代碼

輸出的結果：

generator object my_function at 0x0000000002534A40複製代碼

可是，這個例子很是不適合使用生成器，發揮不出生成器的特色，生成器的最好的應用應該是：你不想同一時間將全部計算出來的大量結果集分配到內存當中，特別是結果集裏還包含循環。由於這樣會耗很大的資源。

好比下面是一個計算斐波那契數列的生成器：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def fibon(n):
    a = b = 1
    for i in range(n):
        yield a
        a, b = b, a + b

# 引用函數
for x in fibon(1000000):
    print(x , end = ' ')複製代碼

運行的效果：

計算斐波那契數列的生成器

你看，運行一個這麼打的參數，也不會說有卡死的狀態，由於這種方式不會使用太大的資源。這裏，最難理解的就是 generator 和函數的執行流程不同。函數是順序執行，遇到 return 語句或者最後一行函數語句就返回。而變成 generator 的函數，在每次調用 next() 的時候執行，遇到 yield語句返回，再次執行時從上次返回的 yield 語句處繼續執行。

好比這個例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def odd():
    print ( 'step 1' )
    yield ( 1 )
    print ( 'step 2' )
    yield ( 3 )
    print ( 'step 3' )
    yield ( 5 )

o = odd()
print( next( o ) ) 
print( next( o ) ) 
print( next( o ) )複製代碼

輸出的結果：

step 1
1
step 2
3
step 3
5複製代碼

能夠看到，odd 不是普通函數，而是 generator，在執行過程當中，遇到 yield 就中斷，下次又繼續執行。執行 3 次 yield 後，已經沒有 yield 能夠執行了，若是你繼續打印 print( next( o ) ) ,就會報錯的。因此一般在 generator 函數中都要對錯誤進行捕獲。

五、打印楊輝三角

經過學習了生成器，咱們能夠直接利用生成器的知識點來打印楊輝三角：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def triangles( n ):         # 楊輝三角形
    L = [1]
    while True:
        yield L
        L.append(0)
        L = [ L [ i -1 ] + L [ i ] for i in range (len(L))]

n= 0
for t in triangles( 10 ):   # 直接修改函數名便可運行
    print(t)
    n = n + 1
    if n == 10:
        break複製代碼

輸出的結果爲：

[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]複製代碼

5、迭代器和生成器綜合例子

由於迭代器和生成器基本是互通的，所以有些知識點須要綜合在一塊兒

一、反向迭代

反向迭代，應該也是常有的需求了，好比從一開始迭代的例子裏，有個輸出 list 的元素，從 1 到 5 的

list1 = [1,2,3,4,5]
for num1 in list1 :
    print ( num1 , end = ' ' )複製代碼

那麼咱們從 5 到 1 呢？這也很簡單， Python 中有內置的函數 reversed()

list1 = [1,2,3,4,5]
for num1 in reversed(list1) :
    print ( num1 , end = ' ' )複製代碼

方向迭代很簡單，但是要注意一點就是：反向迭代僅僅當對象的大小可預先肯定或者對象實現了 __reversed__() 的特殊方法時才能生效。 若是二者都不符合，那你必須先將對象轉換爲一個列表才行

其實不少時候咱們能夠經過在自定義類上實現 __reversed__() 方法來實現反向迭代。不過有些知識點在以前的篇節中尚未提到，不過能夠相應的看下，有編程基礎的，學完上面的知識點應該也能理解的。

# -*- coding: UTF-8 -*-

class Countdown:
    def __init__(self, start):
        self.start = start

    def __iter__(self):
        # Forward iterator
        n = self.start
        while n > 0:
            yield n
            n -= 1

    def __reversed__(self):
        # Reverse iterator
        n = 1
        while n <= self.start:
            yield n
            n += 1

for rr in reversed(Countdown(30)):
    print(rr)
for rr in Countdown(30):
    print(rr)複製代碼

輸出的結果是 1 到 30 而後 30 到 1 ，分別是順序打印和倒序打印

二、同時迭代多個序列

你想同時迭代多個序列，每次分別從一個序列中取一個元素。你遇到過這樣的需求嗎？

爲了同時迭代多個序列，使用 zip() 函數，具體示例：

# -*- coding: UTF-8 -*-

names = ['laingdianshui', 'twowater', '兩點水']
ages = [18, 19, 20]
for name, age in zip(names, ages):
     print(name,age)複製代碼

輸出的結果：

laingdianshui 18
twowater 19
兩點水 20複製代碼

其實 zip(a, b) 會生成一個可返回元組 (x, y) 的迭代器，其中 x 來自 a，y 來自 b。 一旦其中某個序列到底結尾，迭代宣告結束。 所以迭代長度跟參數中最短序列長度一致。注意理解這句話喔，也就是說若是 a ， b 的長度不一致的話，以最短的爲標準，遍歷完後就結束。

利用 zip() 函數，咱們還可把一個 key 列表和一個 value 列表生成一個 dict （字典）,以下：

# -*- coding: UTF-8 -*-

names = ['laingdianshui', 'twowater', '兩點水']
ages = [18, 19, 20]

dict1= dict(zip(names,ages))

print(dict1)複製代碼

輸出以下結果：

{'laingdianshui': 18, 'twowater': 19, '兩點水': 20}複製代碼

這裏提一下， zip() 是能夠接受多於兩個的序列的參數，不只僅是兩個。