Python之路 生成器&迭代器

列表生成式

如今有個需求，看列表[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],要求你把列表裏的每一個值加1，你怎麼實現？你可能會想到2種方式

二逼青年版

>>> a
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> b = []
>>> for i in a:b.append(i+1)
... 
>>> b
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> a = b
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

普通青年版

a = [1,3,4,6,7,7,8,9,11]

for index,i in enumerate(a):
    a[index] +=1
print(a)

文藝青年版

>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
>>> a = map(lambda x:x+1, a)
>>> a
<map object at 0x101d2c630>
>>> for i in a:print(i)
... 
3
5
7
9
11

其實還有一種寫法，以下

裝逼青年版

>>> a = [i+1 for i in range(10)]
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

這樣的寫法就叫作列表生成式

生成器

經過列表生成式，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100萬個元素的列表，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。

要建立一個generator，有不少種方法。第一種方法很簡單，只要把一個列表生成式的[]改爲()，就建立了一個generator：

>>> 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 0x1022ef630>

建立L和g的區別僅在於最外層的[]和()，L是一個list，而g是一個generator。

咱們能夠直接打印出list的每個元素，但咱們怎麼打印出generator的每個元素呢？

若是要一個一個打印出來，能夠經過next()函數得到generator的下一個返回值：

>>> next(g)
0
>>> next(g)
1
>>> next(g)
4
>>> next(g)
9
>>> next(g)
16
>>> next(g)
25
>>> next(g)
36
>>> next(g)
49
>>> next(g)
64
>>> next(g)
81
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

咱們講過，generator保存的是算法，每次調用next(g)就計算出g的下一個元素的值，直到計算到最後一個元素，沒有更多的元素時，拋出StopIteration的錯誤。

固然，上面這種不斷調用next(g)實在是太變態了，正確的方法是使用for循環，由於generator也是可迭代對象：

>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> for n in g:
...     print(n)
...
0
1
4
9
16
25
36
49
64
81

因此，咱們建立了一個generator後，基本上永遠不會調用next()，而是經過for循環來迭代它，而且不須要關心StopIteration的錯誤。

generator很是強大。若是推算的算法比較複雜，用相似列表生成式的for循環沒法實現的時候，還能夠用函數來實現。

好比，著名的斐波拉契數列（Fibonacci），除第一個和第二個數外，任意一個數均可由前兩個數相加獲得：

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

斐波拉契數列用列表生成式寫不出來，可是，用函數把它打印出來卻很容易：

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print(b)
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'

注意，賦值語句：

a, b = b, a + b

至關於：

t = a + b 
a = b 
b = t

但沒必要顯式寫出臨時變量t就能夠賦值。

上面的函數能夠輸出斐波那契數列的前N個數：

>>> fib(10)
1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
done

仔細觀察，能夠看出，fib函數其實是定義了斐波拉契數列的推算規則，能夠從第一個元素開始，推算出後續任意的元素，這種邏輯其實很是相似generator。

也就是說，上面的函數和generator僅一步之遙。要把fib函數變成generator，只須要把print(b)改成yield b就能夠了：

def fib(max):
    n,a,b = 0,0,1

    while n < max:
        #print(b)
        yield  b
        a,b = b,a+b

        n += 1

    return 'done'

這就是定義generator的另外一種方法。若是一個函數定義中包含yield關鍵字，那麼這個函數就再也不是一個普通函數，而是一個generator：

>>> f = fib(6)
>>> f
<generator object fib at 0x104feaaa0>

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，再次被next()調用時從上次返回的yield語句處繼續執行。

data = fib(10)
print(data)

print(data.__next__())
print(data.__next__())
print("乾點別的事")
print(data.__next__())
print(data.__next__())
print(data.__next__())
print(data.__next__())
print(data.__next__())

#輸出
<generator object fib at 0x000002E33EEFFCA8>
1
1
乾點別的事
2
3
5
8
13

在上面fib的例子，咱們在循環過程當中不斷調用yield，就會不斷中斷。固然要給循環設置一個條件來退出循環，否則就會產生一個無限數列出來。一樣的，把函數改爲generator後，咱們基本上歷來不會用next()來獲取下一個返回值，而是直接使用for循環來迭代：

>>> for n in fib(6):
...     print(n)
...
1
1
2
3
5
8

可是用for循環調用generator時，發現拿不到generator的return語句的返回值。若是想要拿到返回值，必須捕獲StopIteration錯誤，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
...
g: 1
g: 1
g: 2
g: 3
g: 5
g: 8
Generator return value: done

關於如何捕獲錯誤，後面的錯誤處理還會詳細講解。

還可經過yield實如今單線程的狀況下實現併發運算的效果　　

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li'

import time
def consumer(name):
    print("%s 準備吃包子啦!" %name)
    while True:
       baozi = yield

       print("包子[%s]來了,被[%s]吃了!" %(baozi,name))


def producer(name):
    c = consumer('A')
    c2 = consumer('B')
    c.__next__()
    c2.__next__()
    print("老子開始準備作包子啦!")
    for i in range(10):
        time.sleep(1)
        print("作了2個包子!")
        c.send(i)
        c2.send(i)

producer("alex")

經過生成器實現協程並行運算

迭代器

咱們已經知道，能夠直接做用於for循環的數據類型有如下幾種：

一類是集合數據類型，如list、tuple、dict、set、str等；

一類是generator，包括生成器和帶yield的generator function。

這些能夠直接做用於for循環的對象統稱爲可迭代對象：Iterable。

可使用isinstance()判斷一個對象是不是Iterable對象：

>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance('abc', Iterable)
True
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
True
>>> isinstance(100, Iterable)
False

而生成器不但能夠做用於for循環，還能夠被next()函數不斷調用並返回下一個值，直到最後拋出StopIteration錯誤表示沒法繼續返回下一個值了。

*能夠被next()函數調用並不斷返回下一個值的對象稱爲迭代器：Iterator。

可使用isinstance()判斷一個對象是不是Iterator對象：

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

生成器都是Iterator對象，但list、dict、str雖然是Iterable，卻不是Iterator。

把list、dict、str等Iterable變成Iterator可使用iter()函數：

>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
True

你可能會問，爲何list、dict、str等數據類型不是Iterator？

這是由於Python的Iterator對象表示的是一個數據流，Iterator對象能夠被next()函數調用並不斷返回下一個數據，直到沒有數據時拋出StopIteration錯誤。能夠把這個數據流看作是一個有序序列，但咱們卻不能提早知道序列的長度，只能不斷經過next()函數實現按需計算下一個數據，因此Iterator的計算是惰性的，只有在須要返回下一個數據時它纔會計算。

Iterator甚至能夠表示一個無限大的數據流，例如全體天然數。而使用list是永遠不可能存儲全體天然數的。

小結

凡是可做用於for循環的對象都是Iterable類型；

凡是可做用於next()函數的對象都是Iterator類型，它們表示一個惰性計算的序列；

集合數據類型如list、dict、str等是Iterable但不是Iterator，不過能夠經過iter()函數得到一個Iterator對象。

Python3的for循環本質上就是經過不斷調用next()函數實現的，例如：

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

實際上徹底等價於：

# 首先得到Iterator對象:
it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
# 循環:
while True:
    try:
        # 得到下一個值:
        x = next(it)
    except StopIteration:
        # 遇到StopIteration就退出循環
        break