生成器(Generator)

一、什么是生成器

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。

二、创建生成器的方法

1.将列表的 [ ] 改为()

下面为python快速生成列表:

>>> [x for x in range(5)]
[0, 1, 2, 3, 4]

若将 [ ] 改为(),则会创建一个生成器,可迭代对象

>>> gener=(x for x in range(5))
>>> next(gener)
0
>>> next(gener)
1
>>> next(gener)
2
>>> next(gener)
3
>>> next(gener)
4
>>> next(gener)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>

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。

2.使用yield关键字。

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:

In [28]: def fib(times):
   ....:     n = 0
   ....:     a,b = 0,1
   ....:     while n<times:
   ....:         print(b)
   ....:         a,b = b,a+b
   ....:         n+=1
   ....:     return 'done'
   ....: 

In [29]: fib(5)
1
1
2
3
5
Out[29]: '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:

In [30]: def fib(times):
   ....:     n = 0
   ....:     a,b = 0,1
   ....:     while n<times:
   ....:         yield b
   ....:         a,b = b,a+b
   ....:         n+=1
   ....:     return 'done'
   ....: 

In [31]: F = fib(5)

In [32]: next(F)
Out[32]: 1

In [33]: next(F)
Out[33]: 1

In [34]: next(F)
Out[34]: 2

In [35]: next(F)
Out[35]: 3

In [36]: next(F)
Out[36]: 5

In [37]: next(F)
---------------------------------------------------------------------------
StopIteration                             Traceback (most recent call last)
<ipython-input-37-8c2b02b4361a> in <module>()
----> 1 next(F)

StopIteration: done

在上面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:

In [38]: for n in fib(5):
   ....:     print(n)
   ....:     
1
1
2
3
5

In [39]:

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:

In [39]: g = fib(5)

In [40]: while True:
   ....:     try:
   ....:         x = next(g)
   ....:         print("value:%d"%x)      
   ....:     except StopIteration as e:
   ....:         print("生成器返回值:%s"%e.value)
   ....:         break
   ....:     
value:1
value:1
value:2
value:3
value:5
生成器返回值:done

In [41]:
2-1.通过一个函数了解yield和send的意义。

例子:执行到yield时,gen函数作用暂时保存,返回i的值;temp接收下次c.send("python"),send发送过来的值,c.next()等价c.send(None)

>>> def gen():
...     i=0
...     while i<5:
...             temp = yield i
...             print(temp)
...             i+=1
...
 #  1. 使用next函数
>>> f=gen()
>>> next(f)
0
>>> next(f)
None
1
>>> next(f)
None
2
>>> next(f)
None
3
>>> next(f)
None
4
>>> next(f)
None
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

#   2. 使用__next__()方法
>>> f=gen()
>>> f.__next__()
0
>>> f.__next__()
None
1
>>> f.__next__()
None
2
>>> f.__next__()
None
3
>>> f.__next__()
None
4
>>> f.__next__()
None
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

#  3. 使用send方法:有下面例子可以看出,f.__next__()相当于send(None)
>>> f=gen()
>>> f.__next__()
0
>>> f.send("haha")
haha
1
>>> f.__next__()
None
2
>>> f.send("heihei")
heihei
3
2-2.模拟多任务的实现

模拟多任务(进程,线程,协程)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()
>>> while True:
...     t1.__next__()
...     t2.__next__()

...# 打印结果:
__1__
__2__
__1__
__2__
__1__
__2__
__1__
__2__
__1__
__2__
......
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