深入理解Python中的生成器

王朝学院·作者佚名  2016-08-27
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生成器(generator)概念生成器不会把结果保存在一个系列中,而是保存生成器的状态,在每次进行迭代时返回一个值,直到遇到StopIteration异常结束。

生成器语法生成器表达式: 通列表解析语法,只不过把列表解析的[]换成()

生成器表达式能做的事情列表解析基本都能处理,只不过在需要处理的序列比较大时,列表解析比较费内存。

>>> 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-

生成器函数: 在函数中如果出现了yield关键字,那么该函数就不再是普通函数,而是生成器函数。

但是生成器函数可以生产一个无线的序列,这样列表根本没有办法进行处理。

yield 的作用就是把一个函数变成一个 generator,带有 yield 的函数不再是一个普通函数,Python 解释器会将其视为一个 generator。

下面为一个可以无穷生产奇数的生成器函数。

def odd():

n=1

while True:

yield n

n+=2

odd_num = odd()

count = 0

for o in odd_num:

if count >=5: break

print(o)

count +=1

当然通过手动编写迭代器可以实现类似的效果,只不过生成器更加直观易懂

class Iter:

def __init__(self):

self.start=-1

def __iter__(self):

return self

def __next__(self):

self.start +=2

return self.start

I = Iter()

for count in range(5):

print(next(I))

题外话: 生成器是包含有__iter()和next__()方法的,所以可以直接使用for来迭代,而没有包含StopIteration的自编Iter来只能通过手动循环来迭代。

>>> from collections import Iterable

>>> from collections import Iterator

>>> isinstance(odd_num, Iterable)

True

>>> isinstance(odd_num, Iterator)

True

>>> iter(odd_num) is odd_num

True

>>> help(odd_num)

Help on generator object:

odd = class generator(object)

| Methods defined here:

|

| __iter__(self, /)

| Implement iter(self).

|

| __next__(self, /)

| Implement next(self).

......

看到上面的结果,现在你可以很有信心的按照Iterator的方式进行循环了吧!

在 for 循环执行时,每次循环都会执行 fab 函数内部的代码,执行到 yield b 时,fab 函数就返回一个迭代值,下次迭代时,代码从 yield b 的下一条语句继续执行,而函数的本地变量看起来和上次中断执行前是完全一样的,于是函数继续执行,直到再次遇到 yield。看起来就好像一个函数在正常执行的过程中被 yield 中断了数次,每次中断都会通过 yield 返回当前的迭代值。

yield 与 return在一个生成器中,如果没有return,则默认执行到函数完毕时返回StopIteration;>>> def g1():

... yield 1

...

>>> g=g1()

>>> next(g) #第一次调用next(g)时,会在执行完yield语句后挂起,所以此时程序并没有执行结束。

1

>>> next(g) #程序试图从yield语句的下一条语句开始执行,发现已经到了结尾,所以抛出StopIteration异常。

Traceback (most recent call last):

File "<stdin>", line 1, in <module>

StopIteration

>>>

如果遇到return,如果在执行过程中 return,则直接抛出 StopIteration 终止迭代。>>> def g2():

... yield 'a'

... return

... yield 'b'

...

>>> g=g2()

>>> next(g) #程序停留在执行完yield 'a'语句后的位置。

'a'

>>> next(g) #程序发现下一条语句是return,所以抛出StopIteration异常,这样yield 'b'语句永远也不会执行。

Traceback (most recent call last):

File "<stdin>", line 1, in <module>

StopIteration

如果在return后返回一个值,那么这个值为StopIteration异常的说明,不是程序的返回值。生成器没有办法使用return来返回值。

>>> 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()手动关闭生成器函数,后面的调用会直接返回StopIteration异常。

>>> def g4():

... yield 1

... yield 2

... yield 3

...

>>> g=g4()

>>> next(g)

1

>>> g.close()

>>> next(g) #关闭后,yield 2和yield 3语句将不再起作用

Traceback (most recent call last):

File "<stdin>", line 1, in <module>

StopIteration

send()生成器函数最大的特点是可以接受外部传入的一个变量,并根据变量内容计算结果后返回。

这是生成器函数最难理解的地方,也是最重要的地方,实现后面我会讲到的协程就全靠它了。

def gen():

value=0

while True:

receive=yield value

if receive=='e':

break

value = 'got: %s' % receive

g=gen()

print(g.send(None))

print(g.send('aaa'))

print(g.send(3))

print(g.send('e'))

执行流程:

通过g.send(None)或者next(g)可以启动生成器函数,并执行到第一个yield语句结束的位置。

此时,执行完了yield语句,但是没有给receive赋值。

yield value会输出初始值0

注意:在启动生成器函数时只能send(None),如果试图输入其它的值都会得到错误提示信息。

通过g.send('aaa'),会传入aaa,并赋值给receive,然后计算出value的值,并回到while头部,执行yield value语句有停止。

此时yield value会输出"got: aaa",然后挂起。

通过g.send(3),会重复第2步,最后输出结果为"got: 3"

当我们g.send('e')时,程序会执行break然后推出循环,最后整个函数执行完毕,所以会得到StopIteration异常。

最后的执行结果如下:

0

got: aaa

got: 3

Traceback (most recent call last):

File "h.py", line 14, in <module>

print(g.send('e'))

StopIteration

throw()用来向生成器函数送入一个异常,可以结束系统定义的异常,或者自定义的异常。

throw()后直接跑出异常并结束程序,或者消耗掉一个yield,或者在没有下一个yield的时候直接进行到程序的结尾。

def gen():

while True:

try:

yield 'normal value'

yield 'normal value 2'

print('here')

except ValueError:

print('we got ValueError here')

except TypeError:

break

g=gen()

print(next(g))

print(g.throw(ValueError))

print(next(g))

print(g.throw(TypeError))

输出结果为:

normal value

we got ValueError here

normal value

normal value 2

Traceback (most recent call last):

File "h.py", line 15, in <module>

print(g.throw(TypeError))

StopIteration

解释:

print(next(g)):会输出normal value,并停留在yield 'normal value 2'之前。

由于执行了g.throw(ValueError),所以会跳过所有后续的try语句,也就是说yield 'normal value 2'不会被执行,然后进入到except语句,打印出we got ValueError here。

然后再次进入到while语句部分,消耗一个yield,所以会输出normal value。

print(next(g)),会执行yield 'normal value 2'语句,并停留在执行完该语句后的位置。

g.throw(TypeError):会跳出try语句,从而print('here')不会被执行,然后执行break语句,跳出while循环,然后到达程序结尾,所以跑出StopIteration异常。下面给出一个综合例子,用来把一个多维列表展开,或者说扁平化多维列表)

def flatten(nested):

try:

#如果是字符串,那么手动抛出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)

如果理解起来有点困难,那么把print语句的注释打开在进行查看就比较明了了。

yield fromyield产生的函数就是一个迭代器,所以我们通常会把它放在循环语句中进行输出结果。

有时候我们需要把这个yield产生的迭代器放在另一个生成器函数中,也就是生成器嵌套。

比如下面的例子:

def inner():

for i in range(10):

yield i

def outer():

g_inner=inner() #这是一个生成器

while True:

res = g_inner.send(None)

yield res

g_outer=outer()

while True:

try:

print(g_outer.send(None))

except StopIteration:

break

此时,我们可以采用yield from语句来减少我么你的工作量。

def outer2():

yield from inner()

当然 ,yield from语句的重点是帮我们自动处理内外层之间的异常问题,这里有2篇写的很好的文章,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

总结按照鸭子模型理论,生成器就是一种迭代器,可以使用for进行迭代。

第一次执行next(generator)时,会执行完yield语句后程序进行挂起,所有的参数和状态会进行保存。

再一次执行next(generator)时,会从挂起的状态开始往后执行。

在遇到程序的结尾或者遇到StopIteration时,循环结束。

可以通过generator.send(arg)来传入参数,这是协程模型。

可以通过generator.throw(exception)来传入一个异常。throw语句会消耗掉一个yield。

可以通过generator.close()来手动关闭生成器。

next()等价于send(None)说明:

8月15日第一次完成

8月26日增加yield from的部分

 
 
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