python生成器

列表生成式即List Comprehensions,是Python内置的非常简单却强大的可以用来创建list的生成式。
格式如下:

l1 = [x for x in range(10)]
print(l1)

结果如下:


列表生成器结果.jpg

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。
创建 L 和 G 的区别仅在于最外层的 [ ] 和 ( ) , L 是一个列表,而 G 是一个生成器。我们可以直接打印出L的每一个元素,但我们怎么打印出G的每一个元素呢?如果要一个一个打印出来,可以通过 next() 函数获得生成器的下一个返回值:
下面采用生成器的方式创建列表:

ge = (x for x in range(4))
print(type(ge))
print(next(ge))
print(next(ge))
print(next(ge))
print(next(ge))
print(next(ge))

结果如下:


生成器next结果.jpg

生成器保存的是算法,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 的异常。当然,这种不断调用 next() 实在是太变态了,正确的方法是使用 for 循环,因为生成器也是可迭代对象。所以,我们创建了一个生成器后,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 异常。

ge = (x for x in range(10))
print(type(ge))
for i in ge:
    print(i,end=' ')

结果如下:


生成器结果.jpg

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。
通过之前的学习,可以完成斐波那契数列的函数版,代码如下:

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


fib(5)

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:

print()
print('*' * 15)


def fib(times):
    n = 0
    a, b = 0, 1
    while n < times:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n += 1
    return 'over'


ret = fib(7)
for i in ret:
    print(i, end=' ')

结果如下:


斐波那契数列函数与生成器结果.jpg

如果用next调用,遇到yield就会停止,所以同样为了避免StopIteration异常,采用for循环遍历。在采用遍历的时候,发现拿不到generator的返回值’over’。想要拿到返回值,必须捕获StopIteration异常,返回值包含在StopIteration的value中。
关于生成器中的send的用法,看如下代码:

def fun():
    i = 0
    while True:
        i += 1
        print('...begin...')
        temp = yield i
        print('temp:%s'%temp)

ret = fun()
print(next(ret))
print('*'*10)
print(next(ret))
print('*'*10)
print(ret.send('haha'))

结果如下:

send结果.jpg

使用next()模拟多任务实现方式之一:协程

def test1():
    while True:
        print('...1...')
        yield None


def test2():
    while True:
        print('...2...')
        yield None


t1 = test1()
t2 = test2()

i = 0
while i < 3:
    t1.__next__()
    t2.__next__()
    i += 1

结果如下:

多任务结果.jpg

生成器是这样一个函数,它记住上一次返回时在函数体中的位置。对生成器函数的第二次(或第 n 次)调用跳转至该函数中间,而上次调用的所有局部变量都保持不变。生成器不仅“记住”了它数据状态;生成器还“记住”了它在流控制构造(在命令式编程中,这种构造不只是数据值)中的位置。
生成器的特点:
节约内存。迭代到下一次的调用时,所使用的参数都是第一次所保留下的,即是说,在整个所有函数调用的参数都是第一次所调用时保留的,而不是新创建的。

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