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深入理解Python中的生成器

2019-11-14 17:04:38
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來源:轉載
供稿:網友

生成器(generator)概念

生成器不會把結果保存在一個系列中,而是保存生成器的狀態,在每次進行迭代時返回一個值,直到遇到StopIteration異常結束。

生成器語法

  1. 生成器表達式: 通列表解析語法,只不過把列表解析的[]換成()
    生成器表達式能做的事情列表解析基本都能處理,只不過在需要處理的序列比較大時,列表解析比較費內存。

    >>> gen = (x**2 for x in range(5))>>> gen<generator object <genexPR> at 0x0000000002FB7B40>>>> for g in gen:...   print(g, end='-')...0-1-4-9-16->>> for x in [0,1,2,3,4,5]:...   print(x, end='-')...0-1-2-3-4-5-
  2. 生成器函數: 在函數中如果出現了yield關鍵字,那么該函數就不再是普通函數,而是生成器函數。
    但是生成器函數可以生產一個無線的序列,這樣列表根本沒有辦法進行處理。
    yield 的作用就是把一個函數變成一個 generator,帶有 yield 的函數不再是一個普通函數,Python 解釋器會將其視為一個 generator。

下面為一個可以無窮生產奇數的生成器函數。

def odd():    n=1    while True:        yield n        n+=2odd_num = odd()count = 0for o in odd_num:    if count >=5: break    print(o)    count +=1

當然通過手動編寫迭代器可以實現類似的效果,只不過生成器更加直觀易懂

class Iter:    def __init__(self):        self.start=-1    def __iter__(self):        return self    def __next__(self):        self.start +=2         return self.startI = Iter()for count in range(5):    print(next(I))

題外話: 生成器是包含有__iter()和next__()方法的,所以可以直接使用for來迭代,而沒有包含StopIteration的自編Iter來只能通過手動循環來迭代。

>>> from collections import Iterable>>> from collections import Iterator>>> isinstance(odd_num, Iterable)True>>> isinstance(odd_num, Iterator)True>>> iter(odd_num) is odd_numTrue>>> help(odd_num)Help on generator object:odd = class generator(object) |  Methods defined here: | |  __iter__(self, /) |      Implement iter(self). | |  __next__(self, /) |      Implement next(self). ......

看到上面的結果,現在你可以很有信心的按照Iterator的方式進行循環了吧!

在 for 循環執行時,每次循環都會執行 fab 函數內部的代碼,執行到 yield b 時,fab 函數就返回一個迭代值,下次迭代時,代碼從 yield b 的下一條語句繼續執行,而函數的本地變量看起來和上次中斷執行前是完全一樣的,于是函數繼續執行,直到再次遇到 yield。看起來就好像一個函數在正常執行的過程中被 yield 中斷了數次,每次中斷都會通過 yield 返回當前的迭代值。

yield 與 return

在一個生成器中,如果沒有return,則默認執行到函數完畢時返回StopIteration;

>>> def g1():...     yield 1...>>> g=g1()>>> next(g)    #第一次調用next(g)時,會在執行完yield語句后掛起,所以此時程序并沒有執行結束。1>>> next(g)    #程序試圖從yield語句的下一條語句開始執行,發現已經到了結尾,所以拋出StopIteration異常。Traceback (most recent call last):  File "<stdin>", line 1, in <module>StopIteration>>>

如果遇到return,如果在執行過程中 return,則直接拋出 StopIteration 終止迭代。

>>> def g2():...     yield 'a'...     return...     yield 'b'...>>> g=g2()>>> next(g)    #程序停留在執行完yield 'a'語句后的位置。'a'>>> next(g)    #程序發現下一條語句是return,所以拋出StopIteration異常,這樣yield 'b'語句永遠也不會執行。Traceback (most recent call last):  File "<stdin>", line 1, in <module>StopIteration

如果在return后返回一個值,那么這個值為StopIteration異常的說明,不是程序的返回值。

生成器沒有辦法使用return來返回值。

>>> def g3():...     yield 'hello'...     return 'world'...>>> g=g3()>>> next(g)'hello'>>> next(g)Traceback (most recent call last):  File "<stdin>", line 1, in <module>StopIteration: world    

生成器支持的方法

>>> help(odd_num)Help on generator object:odd = class generator(object) |  Methods defined here: ...... |  close(...) |      close() -> raise GeneratorExit inside generator. | |  send(...) |      send(arg) -> send 'arg' into generator, |      return next yielded value or raise StopIteration. | |  throw(...) |      throw(typ[,val[,tb]]) -> raise exception in generator, |      return next yielded value or raise StopIteration. ......

close()

手動關閉生成器函數,后面的調用會直接返回StopIteration異常。

>>> def g4():...     yield 1...     yield 2...     yield 3...>>> g=g4()>>> next(g)1>>> g.close()>>> next(g)    #關閉后,yield 2和yield 3語句將不再起作用Traceback (most recent call last):  File "<stdin>", line 1, in <module>StopIteration

send()

生成器函數最大的特點是可以接受外部傳入的一個變量,并根據變量內容計算結果后返回。
這是生成器函數最難理解的地方,也是最重要的地方,實現后面我會講到的協程就全靠它了。

def gen():    value=0    while True:        receive=yield value        if receive=='e':            break        value = 'got: %s' % receiveg=gen()print(g.send(None))     print(g.send('aaa'))print(g.send(3))print(g.send('e'))

執行流程:

  1. 通過g.send(None)或者next(g)可以啟動生成器函數,并執行到第一個yield語句結束的位置。
    此時,執行完了yield語句,但是沒有給receive賦值。
    yield value會輸出初始值0
    注意:在啟動生成器函數時只能send(None),如果試圖輸入其它的值都會得到錯誤提示信息。
  2. 通過g.send('aaa'),會傳入aaa,并賦值給receive,然后計算出value的值,并回到while頭部,執行yield value語句有停止。
    此時yield value會輸出"got: aaa",然后掛起。
  3. 通過g.send(3),會重復第2步,最后輸出結果為"got: 3"
  4. 當我們g.send('e')時,程序會執行break然后推出循環,最后整個函數執行完畢,所以會得到StopIteration異常。
    最后的執行結果如下:

    0got: aaagot: 3Traceback (most recent call last):File "h.py", line 14, in <module>  print(g.send('e'))StopIteration

throw()

用來向生成器函數送入一個異常,可以結束系統定義的異常,或者自定義的異常。
throw()后直接跑出異常并結束程序,或者消耗掉一個yield,或者在沒有下一個yield的時候直接進行到程序的結尾。

def gen():    while True:         try:            yield 'normal value'            yield 'normal value 2'            print('here')        except ValueError:            print('we got ValueError here')        except TypeError:            breakg=gen()print(next(g))print(g.throw(ValueError))print(next(g))print(g.throw(TypeError))

輸出結果為:

normal valuewe got ValueError herenormal valuenormal value 2Traceback (most recent call last):  File "h.py", line 15, in <module>    print(g.throw(TypeError))StopIteration

解釋:

  1. print(next(g)):會輸出normal value,并停留在yield 'normal value 2'之前。
  2. 由于執行了g.throw(ValueError),所以會跳過所有后續的try語句,也就是說yield 'normal value 2'不會被執行,然后進入到except語句,打印出we got ValueError here。
    然后再次進入到while語句部分,消耗一個yield,所以會輸出normal value。
  3. print(next(g)),會執行yield 'normal value 2'語句,并停留在執行完該語句后的位置。
  4. g.throw(TypeError):會跳出try語句,從而print('here')不會被執行,然后執行break語句,跳出while循環,然后到達程序結尾,所以跑出StopIteration異常。

下面給出一個綜合例子,用來把一個多維列表展開,或者說扁平化多維列表)

def flatten(nested):        try:        #如果是字符串,那么手動拋出TypeError。        if isinstance(nested, str):            raise TypeError        for sublist in nested:            #yield flatten(sublist)            for element in flatten(sublist):                #yield element                print('got:', element)    except TypeError:        #print('here')        yield nested        L=['aaadf',[1,2,3],2,4,[5,[6,[8,[9]],'ddf'],7]]for num in flatten(L):    print(num)

如果理解起來有點困難,那么把print語句的注釋打開在進行查看就比較明了了。

yield from

yield產生的函數就是一個迭代器,所以我們通常會把它放在循環語句中進行輸出結果。
有時候我們需要把這個yield產生的迭代器放在另一個生成器函數中,也就是生成器嵌套。
比如下面的例子:

def inner():    for i in range(10):        yield idef outer():    g_inner=inner()    #這是一個生成器    while True:        res = g_inner.send(None)        yield resg_outer=outer()while True:    try:        print(g_outer.send(None))    except StopIteration:        break

此時,我們可以采用yield from語句來減少我么你的工作量。

def outer2():    yield from inner()

當然 ,yield from語句的重點是幫我們自動處理內外層之間的異常問題,這里有2篇寫的很好的文章,所以我就不再啰嗦了。
http://blog.theerrorlog.com/yield-from-in-python-3.html
http://stackoverflow.com/questions/9708902/in-practice-what-are-the-main-uses-for-the-new-yield-from-syntax-in-python-3

總結

  1. 按照鴨子模型理論,生成器就是一種迭代器,可以使用for進行迭代。
  2. 第一次執行next(generator)時,會執行完yield語句后程序進行掛起,所有的參數和狀態會進行保存。
    再一次執行next(generator)時,會從掛起的狀態開始往后執行。
    在遇到程序的結尾或者遇到StopIteration時,循環結束。
  3. 可以通過generator.send(arg)來傳入參數,這是協程模型。
  4. 可以通過generator.throw(exception)來傳入一個異常。throw語句會消耗掉一個yield。
    可以通過generator.close()來手動關閉生成器。
  5. next()等價于send(None)

說明:

  1. 8月15日第一次完成
  2. 8月26日增加yield from的部分

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