【python】1四、徹底理解可迭代對象、迭代器、生成器

原文章地址：https://foofish.net/iterators-vs-generators.html

本文源自RQ做者的一篇博文，原文是Iterables vs. Iterators vs. Generators，俺寫的這篇文章是按照本身的理解作的參考翻譯，算不上是原文的中譯版本，推薦閱讀原文，謝謝網友指正。

在瞭解Python的數據結構時，容器(container)、可迭代對象(iterable)、迭代器(iterator)、生成器(generator)、列表/集合/字典解析（推導）式(list,set,dict comprehension)衆多概念參雜在一塊兒，不免讓初學者一頭霧水，我將用一篇文章試圖將這些概念以及它們之間。

容器(container)

  容器是一種把多個元素組織在一塊兒的數據結構，容器中的元素能夠逐個地迭代獲取，能夠用in, not in關鍵字判斷元素是否包含在容器中。一般這類數據結構把全部的元素存儲在內存中（也有一些特例，並非全部的元素都放在內存，好比迭代器和生成器對象）在Python中，常見的容器對象有：

• list, deque, ....

• set, frozensets, ....

• dict, defaultdict, OrderedDict, Counter, ....

• tuple, namedtuple, …

• str

  容器比較容易理解，由於你就能夠把它看做是一個盒子、一棟房子、一個櫃子，裏面能夠塞任何東西。從技術角度來講，當它能夠用來詢問某個元素是否包含在其中時，那麼這個對象就能夠認爲是一個容器，好比 list，set，tuples都是容器對象。

   儘管絕大多數容器都提供了某種方式來獲取其中的每個元素，但這並非容器自己提供的能力，而是可迭代對象賦予了容器這種能力，固然並非全部的容器都是可迭代的，好比：Bloom filter，雖然Bloom filter能夠用來檢測某個元素是否包含在容器中，可是並不能從容器中獲取其中的每個值，由於Bloom filter壓根就沒把元素存儲在容器中，而是經過一個散列函數映射成一個值保存在數組中。

可迭代對象(iterable)

  剛纔說過，不少容器都是可迭代對象，此外還有更多的對象一樣也是可迭代對象，好比處於打開狀態的files，sockets等等。但凡是能夠返回一個迭代器的對象均可稱之爲可迭代對象，聽起來可能有點困惑，不要緊，先看一個例子：

In [34]: lst = [1, 2, 3 ]

In [35]: x = iter(lst)

In [36]: type(lst)
Out[36]: list

In [37]: type(x)
Out[37]: list_iterator

In [42]: x.__next__()
Out[42]: 1

In [43]: x.__next__()
Out[43]: 2

In [44]: next(x)
Out[44]: 3

In [45]: next(x)
---------------------------------------------------------------------------
StopIteration                             Traceback (most recent call last)
<ipython-input-45-5e4e57af3a97> in <module>()
----> 1 next(x)

StopIteration: 

In [46]:

   這裏lst是一個可迭代對象，可迭代對象和容器同樣是一種通俗的叫法，並非指某種具體的數據類型，list是可迭代對象，dict是可迭代對象，set也是可迭代對象。x是迭代器，迭代器內部持有一個狀態，該狀態用於記錄當前迭代所在的位置，以方便下次迭代的時候獲取正確的元素。迭代器有一種具體的迭代器類型，好比list_iterator，set_iterator。

可迭代對象實現了__iter__方法，該方法返回一個迭代器對象。

當運行代碼：

x = [1, 2, 3]
for elem in x:
    ...

實際執行狀況是：  

迭代器(iterator)

  那麼什麼迭代器呢？

它是一個帶狀態的對象，他能在你調用next()方法的時候返回容器中的下一個值，

任何實現了__iter__()和__next__()（python2中實現next()）方法的對象都是迭代器，__iter__返回迭代器自身，__next__()返回容器中的下一個值，若是容器中沒有更多元素了，則拋出StopIteration異常，至於它們究竟是如何實現的這並不重要。

每次調用next()方法的時候作兩件事：

1. 爲下一次調用next()方法修改狀態

2. 爲當前此次調用生成返回結果

迭代器就像一個懶加載的工廠，等到有人須要的時候纔給它生成值返回，沒調用的時候就處於休眠狀態等待下一次調用。

生成器(generator)

  生成器算得上是Python語言中最吸引人的特性之一，生成器實際上是一種特殊的迭代器，不過這種迭代器更加優雅。它不須要再像上面的類同樣寫__iter__()和__next__()方法了，只須要一個yiled關鍵字。 生成器必定是迭代器（反之不成立），所以任何生成器也是以一種懶加載的模式生成值。

   生成器在Python中是一個很是強大的編程結構，能夠用更少地中間變量寫流式代碼，此外，相比其它容器對象它更能節省內存和CPU，固然它能夠用更少的代碼來實現類似的功能。

總結

• 容器是一系列元素的集合，str、list、set、dict、file、sockets對象均可以看做是容器，容器均可以被迭代（用在for，while等語句中），所以他們被稱爲可迭代對象。

• 可迭代對象實現了__iter__方法，該方法返回一個迭代器對象。

• 迭代器持有一個內部狀態的字段，用於記錄下次迭代返回值，它實現了__next__和__iter__方法，迭代器不會一次性把全部元素加載到內存，而是須要的時候才生成返回結果。

• 生成器是一種特殊的迭代器，它的返回值不是經過return而是用yield。