深入理解Python中的生成器

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。

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。

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

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。

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;

 

如果遇到return,如果在执行过程中 return,则直接抛出 StopIteration 终止迭代。

 

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。

 

生成器支持的方法

 

close()

手动关闭生成器函数,后面的调用会直接返回StopIteration异常。

 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。

执行流程:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 通过g.send(3),会重复第2步,最后输出结果为”got: 3″
  4. 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:

 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。

输出结果为:

解释:

  1. print(next(g)):会输出normal value,并停留在yield ‘normal value 2’之前。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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)

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。

 

总结

  1. 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。
  2. 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。
  3. 可以通过generator.send(arg)来传入参数,这是协程模型。
  4. 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。
  5. next()等价于send(None)
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关于作者:Jesson

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