Python 迭代器(iterator)與生成器(generator)

一郊艘、概念


????容器(container):容器是一種把多個(gè)元素組織在一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),將大部分?jǐn)?shù)據(jù)保存在內(nèi)存中

????可迭代對象(Iterable):通俗的說就是在數(shù)據(jù)類型對象中卵沉,只要包含__iter__()

????迭代器(Iterator):通俗來講任何具有__next__()方法的對象都是迭代器

????生成器(generator):使用了 yield 的函數(shù)被稱為生成器(generator)逻谦。是一種特殊的、一種更為高級的盖高、更為優(yōu)雅的迭代器慎陵。返回可以迭代對象的函數(shù)


二眼虱、容器(?Container)

????容器中的元素可以逐個(gè)地迭代獲取,可以用in,?not in關(guān)鍵字判斷元素是否包含在容器中席纽。通常這類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把大部分的元素存儲(chǔ)在內(nèi)存中(也有一些特例捏悬,并不是所有的元素都放在內(nèi)存,比如迭代器和生成器對象)润梯,在Python中过牙,常見的容器對象有:

? ??list, deque, ….

????set, frozensets, ….

????dict, defaultdict, OrderedDict, Counter, ….

????tuple, namedtuple, …

????str

? ??容器相對來說很好理解,因?yàn)槟憧梢园阉?dāng)成生活中的箱子纺铭、房子寇钉、船等等里面可以塞任何東西。從技術(shù)角度來說舶赔,當(dāng)通過判斷一個(gè)對象是否包含某個(gè)元素來確定它是否為一個(gè)容器?

容器示例

????盡管絕大多數(shù)容器都提供了某種方式來獲取其中的每一個(gè)元素扫倡,但這并不是容器本身提供的能力,而是可迭代對象賦予了容器這種能力竟纳,當(dāng)然并不是所有的容器都是可迭代的撵溃,比如:Bloom filter疚鲤,雖然Bloom filter可以用來檢測某個(gè)元素是否包含在容器中,但是并不能從容器中獲取其中的每一個(gè)值缘挑,因?yàn)锽loom filter壓根就沒把元素存儲(chǔ)在容器中集歇,而是通過一個(gè)散列函數(shù)映射成一個(gè)值保存在數(shù)組中。參考:Python3 迭代器和生成器 - 迷鳥歸林 - 博客園


三语淘、迭代器(Iterator)

????迭代器是 Python 最強(qiáng)大的功能之一诲宇,是訪問集合元素的一種方式。迭代器是一個(gè)可以記住遍歷的位置的對象亏娜。迭代器對象從集合的第一個(gè)元素開始訪問焕窝,直到所有的元素被訪問完結(jié)束。迭代器只能往前不會(huì)后退维贺。迭代器有兩個(gè)基本的方法:iter()?和?next()它掂。

? ? 字符串,列表或元組對象都可用于創(chuàng)建迭代器溯泣,以下示例:

????迭代器調(diào)用__next__()方法可以獲取下一個(gè)值, 實(shí)際調(diào)用過程如下:

引用過程圖

????那么如何判斷一個(gè)對象是否是可迭代呢虐秋?可迭代對象可以為任意對象,不一定非得是基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)垃沦,只要這個(gè)對象可以返回一個(gè)iterator, 可以使用 collections 模塊的 Iterable 類型判斷:

????把一個(gè)類作為一個(gè)迭代器使用需要在類中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方法 __iter__()與__next__() 醉冤。如果你已經(jīng)了解的面向?qū)ο缶幊蹋椭李惗加幸粋€(gè)構(gòu)造函數(shù)编曼,Python的構(gòu)造函數(shù)為__init__(), 它會(huì)在對象初始化的時(shí)候執(zhí)行深浮。__iter__() 方法返回一個(gè)特殊的迭代器對象, 這個(gè)迭代器對象實(shí)現(xiàn)了__next__() 方法并通過StopIteration異常標(biāo)識(shí)迭代的完成池充。

????下面我們來創(chuàng)建一個(gè)迭代器:

????StopIteration 異常用于標(biāo)識(shí)迭代的完成桩引,防止出現(xiàn)無限循環(huán)的情況,在 __next__() 方法中我們可以設(shè)置在完成指定循環(huán)次數(shù)后觸發(fā) StopIteration 異常來結(jié)束迭代收夸。

????可迭代對象:?本質(zhì)是提供一個(gè)中間人,遍歷的時(shí)候, 需要數(shù)據(jù)的時(shí)候, 獲取這個(gè)對象的迭代器, 然后通過迭代器依次獲取對象中的數(shù)據(jù)坑匠。具備了一個(gè)__iter__ 方法的對象就是一個(gè)可迭代對象。通過iter方法獲得可迭代對象的迭代器, 然后對迭代器使用next() 方法, 獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)卧惜。

迭代器的作用:
????迭代器最核心的功能是通過next()函數(shù)的調(diào)用來返回下一個(gè)數(shù)據(jù)值厘灼。如果每次返回的數(shù)據(jù)值不是在一個(gè)已有的數(shù)據(jù)集合中讀取的,而是通過程序按照一定的規(guī)律計(jì)算生成的 * 可以節(jié)省內(nèi)存和存儲(chǔ)空間咽瓷。如果我們產(chǎn)生的數(shù)據(jù)很多, 數(shù)據(jù)量很大的話,很容易把進(jìn)程跑死或者把服務(wù)器跑崩潰设凹。


四、生成器(Generator)

????在Python中茅姜,使用了 yield 的函數(shù)被稱為生成器(generator)闪朱。跟普通函數(shù)不同的是,生成器是一個(gè)返回迭代器的函數(shù),只能用于迭代操作监透,更簡單點(diǎn)理解生成器就是一個(gè)迭代器桶错。在調(diào)用生成器運(yùn)行的過程中,每次遇到?yield 時(shí)函數(shù)會(huì)暫停并保存當(dāng)前所有的運(yùn)行信息胀蛮,返回 yield 的值, 并在下一次執(zhí)行 next() 方法時(shí)從當(dāng)前位置繼續(xù)運(yùn)行院刁。調(diào)用一個(gè)生成器函數(shù),返回的是一個(gè)迭代器對象粪狼。

????生成器是一種特殊的迭代器, 保存當(dāng)前運(yùn)行的狀態(tài)退腥。在Python中有兩種類型的生成器:生成器表達(dá)式以及生成器函數(shù)。生成器函數(shù)就是包含 yield 參數(shù)的函數(shù)再榄。生成器表達(dá)式與列表解析式類似狡刘。

先看第一種生成器表達(dá)式:

第一種方法很簡單,只要把一個(gè)列表生成式的 [ ] 改成 ( )
L = [x*2 for x in range(5)]
print(L)
# 輸出:[0, 2, 4, 6, 8]
G = (x*2 for x in range(5))
print(G)
# 輸出:<generator object <genexpr> at 0x000001CDCF78B8C8>

print("length L:", type(L))? #?輸出列表的長度 10
print("length G:", len(G))? # TypeError: object of type 'generator' has no len()困鸥,因?yàn)樯善鞑荒苤苯咏o出長度P崾摺!疾就!
# 注意點(diǎn):二者輸出等價(jià)澜术,不過 G 是在運(yùn)行時(shí)開辟內(nèi)存,而 L 是直接開辟內(nèi)存


第二種生成器函數(shù):

????第二種方法使用 yeild 函數(shù) ,在函數(shù)(?__ next __)中使用 yeild 關(guān)鍵字猬腰,屬于生成器函數(shù)鸟废。在一般函數(shù)中使用?yield?關(guān)鍵字,可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡單的生成器姑荷,此時(shí)這個(gè)函數(shù)變成一個(gè)生成器函數(shù)盒延。yield? return 返回相同的值,區(qū)別在于return返回后鼠冕,函數(shù)狀態(tài)終止添寺,而yield會(huì)保存當(dāng)前函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài),在返回后供鸠,函數(shù)又回到之前保存的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行畦贸。

? ? 聲明:1.任意生成器都是迭代器(反過來不成立)2.任意生成器陨闹,都是一個(gè)可以延遲創(chuàng)建值的工廠

????以下實(shí)例使用 yield 實(shí)現(xiàn)斐波那契數(shù)列:

那么生成器函數(shù)與一般函數(shù)的區(qū)別:

1.生成器函數(shù)包含一個(gè)或者多個(gè)yield
2.調(diào)用生成器函數(shù)時(shí)楞捂,函數(shù)將返回一個(gè)對象,延遲暫停向下執(zhí)行
3.__iter__()和__next__()方法等是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)趋厉,通過next()方法進(jìn)行迭代對象
4.一旦函數(shù) 使用關(guān)鍵字 yield寨闹,函數(shù)會(huì)暫停,控制權(quán)返回調(diào)用者君账,局部變量和它們的狀態(tài)會(huì)被保存繁堡,直到下一次調(diào)用
5.函數(shù)終止的時(shí)候,StopIteraion會(huì)被自動(dòng)拋出?

總之,生成器是Python中一種非常強(qiáng)大的特性椭蹄,它讓我們能夠編寫更加簡潔的代碼闻牡,同時(shí)也更加節(jié)省內(nèi)存,使用CPU也更加高效绳矩。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? --大多數(shù)人想要改造這個(gè)世界罩润,但卻罕有人想改造自己--

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