python生成器

列表生成式即List Comprehensions,是Python內置的非常簡單卻強大的可以用來創建list的生成式。
格式如下:

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

結果如下:


列表生成器結果.jpg

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。
創建 L 和 G 的區別僅在于最外層的 [ ] 和 ( ) , L 是一個列表,而 G 是一個生成器。我們可以直接打印出L的每一個元素,但我們怎么打印出G的每一個元素呢?如果要一個一個打印出來,可以通過 next() 函數獲得生成器的下一個返回值:
下面采用生成器的方式創建列表:

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))

結果如下:


生成器next結果.jpg

生成器保存的是算法,每次調用 next(G) ,就計算出 G 的下一個元素的值,直到計算到最后一個元素,沒有更多的元素時,拋出 StopIteration 的異常。當然,這種不斷調用 next() 實在是太變態了,正確的方法是使用 for 循環,因為生成器也是可迭代對象。所以,我們創建了一個生成器后,基本上永遠不會調用 next() ,而是通過 for 循環來迭代它,并且不需要關心 StopIteration 異常。

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

結果如下:


生成器結果.jpg

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。
通過之前的學習,可以完成斐波那契數列的函數版,代碼如下:

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:

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=' ')

結果如下:


斐波那契數列函數與生成器結果.jpg

如果用next調用,遇到yield就會停止,所以同樣為了避免StopIteration異常,采用for循環遍歷。在采用遍歷的時候,發現拿不到generator的返回值’over’。想要拿到返回值,必須捕獲StopIteration異常,返回值包含在StopIteration的value中。
關于生成器中的send的用法,看如下代碼:

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'))

結果如下:

send結果.jpg

使用next()模擬多任務實現方式之一:協程

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

結果如下:

多任務結果.jpg

生成器是這樣一個函數,它記住上一次返回時在函數體中的位置。對生成器函數的第二次(或第 n 次)調用跳轉至該函數中間,而上次調用的所有局部變量都保持不變。生成器不僅“記住”了它數據狀態;生成器還“記住”了它在流控制構造(在命令式編程中,這種構造不只是數據值)中的位置。
生成器的特點:
節約內存。迭代到下一次的調用時,所使用的參數都是第一次所保留下的,即是說,在整個所有函數調用的參數都是第一次所調用時保留的,而不是新創建的。

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