python高級編程---生成器

通過列表生成式,我們可以直接創建一個列表。但是,受到內存限制,列表容量肯定是有限的。而且,創建一個包含100萬個元素的列表,不僅占用很大的存儲空間,如果我們僅僅需要訪問前面幾個元素,那后面絕大多數元素占用的空間都白白浪費了。

所以,如果列表元素可以按照某種算法推算出來,那我們是否可以在循環的過程中不斷推算出后續的元素呢?這樣就不必創建完整的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,稱為生成器(Generator)。

要創建一個generator,有很多種方法。第一種方法很簡單,只要把一個列表生成式的[]改成(),就創建了一個generator:

>>>L = [x * xforxinrange(10)]>>>L[0,1,4,9,16,25,36,49,64,81]>>>g = (x * xforxinrange(10))>>>g at0x104feab40>

創建L和g的區別僅在于最外層的[]和(),L是一個list,而g是一個generator。

我們可以直接打印出list的每一個元素,但我們怎么打印出generator的每一個元素呢?

如果要一個一個打印出來,可以通過generator的next()方法:

>>> g.next()0>>> g.next()1>>> g.next()4>>> g.next()9>>> g.next()16>>> g.next()25>>> g.next()36>>> g.next()49>>> g.next()64>>> g.next()81>>> g.next()Traceback(most recent call last):File"", line1,inStopIteration

我們講過,generator保存的是算法,每次調用next(),就計算出下一個元素的值,直到計算到最后一個元素,沒有更多的元素時,拋出StopIteration的錯誤。

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

>>>g = (x * xforxinrange(10))>>>forning:...printn...0149162536496481

所以,我們創建了一個generator后,基本上永遠不會調用next()方法,而是通過for循環來迭代它。

generator非常強大。如果推算的算法比較復雜,用類似列表生成式的for循環無法實現的時候,還可以用函數來實現。

比如,著名的斐波拉契數列(Fibonacci),除第一個和第二個數外,任意一個數都可由前兩個數相加得到:

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,但是,用函數把它打印出來卻很容易:

deffib(max):n, a, b =0,0,1whilen < max:printb? ? ? ? a, b = b, a + b? ? ? ? n = n +1

上面的函數可以輸出斐波那契數列的前N個數:

>>>fib(6)112358

仔細觀察,可以看出,fib函數實際上是定義了斐波拉契數列的推算規則,可以從第一個元素開始,推算出后續任意的元素,這種邏輯其實非常類似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,只需要把print b改為yield b就可以了:

deffib(max):n, a, b =0,0,1whilen < max:yieldb? ? ? ? a, b = b, a + b? ? ? ? n = n +1

這就是定義generator的另一種方法。如果一個函數定義中包含yield關鍵字,那么這個函數就不再是一個普通函數,而是一個generator:

>>> fib(6)

這里,最難理解的就是generator和函數的執行流程不一樣。函數是順序執行,遇到return語句或者最后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。

舉個簡單的例子,定義一個generator,依次返回數字1,3,5:

>>>defodd():...print'step 1'...yield1...print'step 2'...yield3...print'step 3'...yield5...>>>o = odd()>>>o.next()step11>>>o.next()step23>>>o.next()step35>>>o.next()Traceback (most recent call last):? File"", line1,inStopIteration

可以看到,odd不是普通函數,而是generator,在執行過程中,遇到yield就中斷,下次又繼續執行。執行3次yield后,已經沒有yield可以執行了,所以,第4次調用next()就報錯。

回到fib的例子,我們在循環過程中不斷調用yield,就會不斷中斷。當然要給循環設置一個條件來退出循環,不然就會產生一個無限數列出來。

同樣的,把函數改成generator后,我們基本上從來不會用next()來調用它,而是直接使用for循環來迭代:

>>>forninfib(6):...printn...112358

小結

generator是非常強大的工具,在Python中,可以簡單地把列表生成式改成generator,也可以通過函數實現復雜邏輯的generator。

要理解generator的工作原理,它是在for循環的過程中不斷計算出下一個元素,并在適當的條件結束for循環。對于函數改成的generator來說,遇到return語句或者執行到函數體最后一行語句,就是結束generator的指令,for循環隨之結束。

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