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  • Python 迭代器和生成器

    迭代器
    迭代是Python最强大的功能之一,是访问集合元素的一种方式。
    迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象。
    迭代器对象从集合的第一个元素开始访问,直到所有的元素被访问完结束。迭代器只能往前不会后退。
    迭代器有两个基本的方法:iter() 和 next()。
    字符串,列表或元组对象都可用于创建迭代器

    生成器
    在 Python 中,使用了 yield 的函数被称为生成器(generator)。
    跟普通函数不同的是,生成器是一个返回迭代器的函数,只能用于迭代操作,更简单点理解生成器就是一个迭代器。
    在调用生成器运行的过程中,每次遇到 yield 时函数会暂停并保存当前所有的运行信息,返回 yield 的值, 并在下一次执行 next() 方法时从当前位置继续运行。
    调用一个生成器函数,返回的是一个迭代器对象。

     

    迭代器:

    对于list、string、tuple、dict等这些容器对象,使用for循环遍历是很方便的。在后台for语句对容器对象调用iter()函数。iter()是python内置函数。 
    iter()函数会返回一个定义了next()方法的迭代器对象,它在容器中逐个访问容器内的元素。next()也是python内置函数。在没有后续元素时,next()会抛出一个StopIteration异常,通知for语句循环结束。

    迭代器是用来帮助我们记录每次迭代访问到的位置,当我们对迭代器使用next()函数的时候,迭代器会向我们返回它所记录位置的下一个位置的数据。实际上,在使用next()函数的时候,调用的就是迭代器对象的_next_方法(Python3中是对象的_next_方法,Python2中是对象的next()方法)。所以,我们要想构造一个迭代器,就要实现它的_next_方法。但这还不够,python要求迭代器本身也是可迭代的,所以我们还要为迭代器实现_iter_方法,而_iter_方法要返回一个迭代器,迭代器自身正是一个迭代器,所以迭代器的_iter_方法返回自身self即可。

    迭代器的实质是实现了next()方法的对象,常见的元组、列表、字典都是迭代器。

    1,迭代器协议:对象需要提供next()方法,它要么返回迭代中的下一项,要么就引起一个StopIteration异常,以终止迭代。

    2,可迭代对象:实现了迭代器协议对象。list、tuple、dict都是Iterable(可迭代对象),但不是Iterator(迭代器对象)。但可以使用内建函数iter(),把这些都变成Iterable(可迭代器对象)。

    3,for item in Iterable 循环的本质就是先通过iter()函数获取可迭代对象Iterable的迭代器,然后对获取到的迭代器不断调用next()方法来获取下一个值并将其赋值给item,当遇到StopIteration的异常后循环结束

    定义了一个_iter_(self)方法,这个方法是在for循环遍历时被iter()调用,返回一个迭代器。因为在遍历的时候,是直接调用的python内置函数iter(),由iter()通过调用_iter_(self)获得对象的迭代器。有了迭代器,就可以逐个遍历元素了。而逐个遍历的时候,也是使用内置的next()函数通过调用对象的_next_(self)方法对迭代器对象进行遍历。所以要实现_iter_(self)和_next_(self)这两个方法。

    而且因为实现了_next_(self)方法,所以在实现_iter_(self)的时候,直接返回self就可以。

    总结一句话就是: 
    在循环遍历自定义容器对象时,会使用python内置函数iter()调用遍历对象的_iter_(self)获得一个迭代器,之后再循环对这个迭代器使用next()调用迭代器对象的_next_(self)。

    注意点:_iter_(self)只会被调用一次,而_next_(self)会被调用 n 次,直到出现StopIteration异常。

    迭代器中重点关注两种方法:

    __iter__方法:返回迭代器自身。可以通过python内建函数iter()调用。

    __next__方法:当next方法被调用的时候,迭代器会返回它的下一个值,如果next方法被调用,但迭代器没有只可以返回,就会引发一个StopIteration异常。该方法可以通过 python 内建函数next()调用。 

    生成器:

    生成器在需要的时候才产生结果,不是立即产生结果。生成器是只能遍历一次的。同时生成器是一类特殊的迭代器。

    第一类:生成器函数:还是使用 def 定义函数,但是,使用yield而不是return语句返回结果。yield语句一次返回一个结果,在每个结果中间,挂起函数的状态,以便下次从它离开的地方继续执行。

    第二类:生成器表达式:类似于列表推导,只不过是把一对大括号[]变换为一对小括号()。但是,生成器表达式是按需产生一个生成器结果对象,要想拿到每一个元素,就需要循环遍历。

    简单的说,生成是包含yield关键字的函数。本质上来说,关键字yield是一个语法,内部实现支持了迭代器协议,同时yield内部是一个状态机,维护着挂起和继续的状态。

    那么,生成器是怎么调用执行的呢?只需要了解下面几条规则即可:

    a. 当生成器被调用的时候,函数体的代码不会被执行,而是会返回一个迭代器,其实,生成器函数返回生成器的迭代器。 “生成器的迭代器”这个术语通常被称作”生成器”。要注意的是生成器就是一类特殊的迭代器。作为一个迭代器,生成器必须要定义一些方法,其中一个就是next()。如同迭代器一样,我们可以使用next()函数来获取下一个值。需要明白的是,这一切都是在yield内部实现的。

    b. 当next()方法第一次被调用的时候,生成器函数才开始执行,执行到yield语句处停止
    next()方法的返回值就是yield语句处的参数(yielded value)
    当继续调用next()方法的时候,函数将接着上一次停止的yield语句处继续执行,并到下一个yield处停止;如果后面没有yield就抛出StopIteration异常。

    c.每调用一次生成器的next()方法,就会执行生成器中的代码,知道遇到一个yield或者return语句。yield语句意味着应该生成一个值(在上面已经解释清楚)。return意味着生成器要停止执行,不在产生任何东西。

    d. 生成器的编写方法和函数定义类似,只是在return的地方改为yield。生成器中可以有多个yield。当生成器遇到一个yield时,会暂停运行生成器,返回yield后面的值。当再次调用生成器的时候,会从刚才暂停的地方继续运行,直到下一个yield。生成器自身又构成一个循环器,每次循环使用一个yield返回的值。

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