2019-05-08 Python 生成器

通过列表生成式,我们可以直接创建一个列表。但是,受到内存限制,列表容量肯定是有限的。而且,创建一个包含100万个元素的列表,不仅占用很大的存储空间,如果我们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。

所以,如果列表元素可以按照某种算法推算出来,那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢?这样就不必创建完整的list,从而节省大量的空间。在Python中,这种一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator

要创建一个generator,有很多种方法。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:

>>> 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>

创建L和g的区别仅在于最外层的[]和(),L是一个list,而g是一个generator。

我们可以直接打印出list的每一个元素,但我们怎么打印出generator的每一个元素呢?

如果要一个一个打印出来,可以通过next()函数获得generator的下一个返回值:

>>>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>", line1,inStopIteration

我们讲过,generator保存的是算法,每次调用next(g),就计算出g的下一个元素的值,直到计算到最后一个元素,没有更多的元素时,抛出StopIteration的错误。

当然,上面这种不断调用next(g)实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:

>>> g = (x * x    for    x    in    range(10))

>>> for    n    in    g:

... print(n)

... 

0

1

4

9

16

25

36

49

64

81

所以,我们创建了一个generator后,基本上永远不会调用next(),而是通过for循环来迭代它,并且不需要关心StopIteration的错误。

generator非常强大。如果推算的算法比较复杂,用类似列表生成式的for循环无法实现的时候,还可以用函数来实现。

比如,著名的斐波拉契数列(Fibonacci),除第一个和第二个数外,任意一个数都可由前两个数相加得到:

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

斐波拉契数列用列表生成式写不出来,但是,用函数把它打印出来却很容易:

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,赋值语句:

a, b = b, a + b

相当于:

t =(b, a + b) # t是一个tuple

a =t[0]

b =t[1]

但不必显式写出临时变量t就可以赋值。

上面的函数可以输出斐波那契数列的前N个数:

>>> fib(6)

1

1

2

3

5

8

'done'

仔细观察,可以看出,fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则,可以从第一个元素开始,推算出后续任意的元素,这种逻辑其实非常类似generator。

也就是说,上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator,只需要把print(b)改为yield b就可以了:

def    fib(max):

        n, a, b =0,0,1

        whilen < max:

                    yield    b       

                     a, b = b, a + b       

                     n = n +1

        return    'done'

这就是定义generator的另一种方法。如果一个函数定义中包含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:

>>> f = fib(6)

>>> f

这里,最难理解的就是generator和函数的执行流程不一样。函数是顺序执行,遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。而变成generator的函数,在每次调用next()的时候执行,遇到yield语句返回,再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。

举个简单的例子,定义一个generator,依次返回数字1,3,5:

def    odd():

        print('step 1')

        yield1

        print('step 2')

        yield(3)    

        print('step 3')

            yield(5)

调用该generator时,首先要生成一个generator对象,然后用next()函数不断获得下一个返回值:

>>> o = odd()

>>>next(o)

step1

1

>>>next(o)

step2

3

>>>next(o)

step3

5

>>>next(o)

Traceback(most recent call last):File"<stdin>", line1,inStopIteration

可以看到,odd不是普通函数,而是generator,在执行过程中,遇到yield就中断,下次又继续执行。执行3次yield后,已经没有yield可以执行了,所以,第4次调用next(o)就报错。

回到fib的例子,我们在循环过程中不断调用yield,就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环,不然就会产生一个无限数列出来。

同样的,把函数改成generator后,我们基本上从来不会用next()来获取下一个返回值,而是直接使用for循环来迭代:

>>> for    n    in    fib(6):

    ... print(n)

    ...

1

1

2

3

5

8

但是用for循环调用generator时,发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值,必须捕获StopIteration错误,返回值包含在StopIteration的value中:

>>> g = fib(6)

>>> while    True:

...             try:

...                 x = next(g)

...                 print('g:', x)...

                 exceptStopIterationase:

...                     print('Generator return value:', e.value)

...                     break...

g:1

g:1

g:2

g:3

g:5

g:8

Generatorreturnvalue: done

关于如何捕获错误,后面的错误处理还会详细讲解。


以上内容均为廖雪峰老师所写,为了找个方式鼓励自己多多学习,让自己认真读并加深对廖老师每一句得话得含义,边学边复制简述,记录在简书这个平台里,大家要是有兴趣一起学习,可以登陆廖雪峰老师得官方网站。特别赞~~

    最后,谢谢简书这个平台,谢谢廖雪峰老师的知识的无私奉献~

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