楔子
假如我现在有一个列表l=['a','b','c','d','e'],我想取列表中的内容,有几种方式?
首先,我可以通过索引取值l[0],其次我们是不是还可以用for循环来取值呀?
你有没有仔细思考过,用索引取值和for循环取值是有着微妙区别的。
如果用索引取值,你可以取到任意位置的值,前提是你要知道这个值在什么位置。
如果用for循环来取值,我们把每一个值都取到,不需要关心每一个值的位置,因为只能顺序的取值,并不能跳过任何一个直接去取其他位置的值。
但你有没有想过,我们为什么可以使用for循环来取值?
for循环内部是怎么工作的呢?
迭代器
python中的for循环
要了解for循环是怎么回事儿,咱们还是要从代码的角度出发。
首先,我们对一个列表进行for循环。
for i in [1,2,3,4]: print(i)
上面这段代码肯定是没有问题的,但是我们换一种情况,来循环一个数字1234试试
for i in 1234 print(i) 结果: Traceback (most recent call last): File "test.py", line 4, in <module> for i in 1234: TypeError: 'int' object is not iterable
看,报错了!报了什么错呢?“TypeError: 'int' object is not iterable”,说int类型不是一个iterable,那这个iterable是个啥?
假如你不知道什么是iterable,我们可以翻翻词典,首先得到一个中文的解释,尽管翻译过来了你可能也不知道,但是没关系,我会带着你一步一步来分析。
迭代和可迭代协议
什么叫迭代
现在,我们已经获得了一个新线索,有一个叫做“可迭代的”概念。
首先,我们从报错来分析,好像之所以1234不可以for循环,是因为它不可迭代。那么如果“可迭代”,就应该可以被for循环了。
这个我们知道呀,字符串、列表、元组、字典、集合都可以被for循环,说明他们都是可迭代的。
我们怎么来证明这一点呢?
from collections import Iterable l = [1,2,3,4] t = (1,2,3,4) d = {1:2,3:4} s = {1,2,3,4} print(isinstance(l,Iterable)) print(isinstance(t,Iterable)) print(isinstance(d,Iterable)) print(isinstance(s,Iterable))
结合我们使用for循环取值的现象,再从字面上理解一下,其实迭代就是我们刚刚说的,可以将某个数据集内的数据“一个挨着一个的取出来”,就叫做迭代。
可迭代协议
我们现在是从结果分析原因,能被for循环的就是“可迭代的”,但是如果正着想,for怎么知道谁是可迭代的呢?
假如我们自己写了一个数据类型,希望这个数据类型里的东西也可以使用for被一个一个的取出来,那我们就必须满足for的要求。这个要求就叫做“协议”。
可以被迭代要满足的要求就叫做可迭代协议。可迭代协议的定义非常简单,就是内部实现了__iter__方法。
接下来我们就来验证一下:
print(dir([1,2])) print(dir((2,3))) print(dir({1:2})) print(dir({1,2}))

['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__gt__', '__hash__', '__iadd__', '__imul__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__reversed__', '__rmul__', '__setattr__', '__setitem__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'append', 'clear', 'copy', 'count', 'extend', 'index', 'insert', 'pop', 'remove', 'reverse', 'sort'] ['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'count', 'index'] ['__class__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__setitem__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'clear', 'copy', 'fromkeys', 'get', 'items', 'keys', 'pop', 'popitem', 'setdefault', 'update', 'values'] ['__and__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__iand__', '__init__', '__ior__', '__isub__', '__iter__', '__ixor__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__or__', '__rand__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__ror__', '__rsub__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__xor__', 'add', 'clear', 'copy', 'difference', 'difference_update', 'discard', 'intersection', 'intersection_update', 'isdisjoint', 'issubset', 'issuperset', 'pop', 'remove', 'symmetric_difference', 'symmetric_difference_update', 'union', 'update']
总结一下我们现在所知道的:可以被for循环的都是可迭代的,要想可迭代,内部必须有一个__iter__方法。
接着分析,__iter__方法做了什么事情呢?
print([1,2].__iter__()) 结果 <list_iterator object at 0x1024784a8>
执行了list([1,2])的__iter__方法,我们好像得到了一个list_iterator,现在我们又得到了一个新名词——iterator。
iterator,这里给我们标出来了,是一个计算机中的专属名词,叫做迭代器。
迭代器协议
既什么叫“可迭代”之后,又一个历史新难题,什么叫“迭代器”?
虽然我们不知道什么叫迭代器,但是我们现在已经有一个迭代器了,这个迭代器是一个列表的迭代器。
我们来看看这个列表的迭代器比起列表来说实现了哪些新方法,这样就能揭开迭代器的神秘面纱了吧?
''' dir([1,2].__iter__())是列表迭代器中实现的所有方法,dir([1,2])是列表中实现的所有方法,都是以列表的形式返回给我们的,为了看的更清楚,我们分别把他们转换成集合,
然后取差集。 ''' #print(dir([1,2].__iter__())) #print(dir([1,2])) print(set(dir([1,2].__iter__()))-set(dir([1,2]))) 结果: {'__length_hint__', '__next__', '__setstate__'}
我们看到在列表迭代器中多了三个方法,那么这三个方法都分别做了什么事呢?
iter_l = [1,2,3,4,5,6].__iter__() #获取迭代器中元素的长度 print(iter_l.__length_hint__()) #根据索引值指定从哪里开始迭代 print('*',iter_l.__setstate__(4)) #一个一个的取值 print('**',iter_l.__next__()) print('***',iter_l.__next__())
这三个方法中,能让我们一个一个取值的神奇方法是谁?
没错!就是__next__
在for循环中,就是在内部调用了__next__方法才能取到一个一个的值。
那接下来我们就用迭代器的next方法来写一个不依赖for的遍历。
l = [1,2,3,4] l_iter = l.__iter__() item = l_iter.__next__() print(item) item = l_iter.__next__() print(item) item = l_iter.__next__() print(item) item = l_iter.__next__() print(item) item = l_iter.__next__() print(item)
这是一段会报错的代码,如果我们一直取next取到迭代器里已经没有元素了,就会抛出一个异常StopIteration,告诉我们,列表中已经没有有效的元素了。
这个时候,我们就要使用异常处理机制来把这个异常处理掉。
l = [1,2,3,4] l_iter = l.__iter__() while True: try: item = l_iter.__next__() print(item) except StopIteration: break
那现在我们就使用while循环实现了原本for循环做的事情,我们是从谁那儿获取一个一个的值呀?是不是就是l_iter?好了,这个l_iter就是一个迭代器。
迭代器遵循迭代器协议:必须拥有__iter__方法和__next__方法。
还账:next和iter方法
如此一来,关于迭代器和生成器的方法我们就还清了两个,最后我们来看看range()是个啥。首先,它肯定是一个可迭代的对象,但是它是否是一个迭代器?我们来测试一下

print('__next__' in dir(range(12))) #查看'__next__'是不是在range()方法执行之后内部是否有__next__ print('__iter__' in dir(range(12))) #查看'__next__'是不是在range()方法执行之后内部是否有__next__ from collections import Iterator print(isinstance(range(100000000),Iterator)) #验证range执行之后得到的结果不是一个迭代器
为什么要有for循环
基于上面讲的列表这一大堆遍历方式,聪明的你立马看除了端倪,于是你不知死活大声喊道,你这不逗我玩呢么,有了下标的访问方式,我可以这样遍历一个列表啊
l=[1,2,3] index=0 while index < len(l): print(l[index]) index+=1 #要毛线for循环,要毛线可迭代,要毛线迭代器
没错,序列类型字符串,列表,元组都有下标,你用上述的方式访问,perfect!但是你可曾想过非序列类型像字典,集合,文件对象的感受,所以嘛,年轻人,for循环就 是基于迭代器协议提供了一个统一的可以遍历所有对象的方法,即在遍历之前,先调用对象的__iter__方法将其转换成一个迭代器,然后使用迭代器协议去实现循环访 问,这样所有的对象就都可以通过for循环来遍历了,而且你看到的效果也确实如此,这就是无所不能的for循环,觉悟吧,年轻人
生成器
初识生成器
我们知道的迭代器有两种:一种是调用方法直接返回的,一种是可迭代对象通过执行iter方法得到的,迭代器有的好处是可以节省内存。
如果在某些情况下,我们也需要节省内存,就只能自己写。我们自己写的这个能实现迭代器功能的东西就叫生成器。
Python中提供的生成器:
1.生成器函数:常规函数定义,但是,使用yield语句而不是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,以便下次重它离开 的地方继续执行
2.生成器表达式:类似于列表推导,但是,生成器返回按需产生结果的一个对象,而不是一次构建一个结果列表
生成器Generator:
本质:迭代器(所以自带了__iter__方法和__next__方法,不需要我们去实现)
特点:惰性运算,开发者自定义
生成器函数
一个包含yield关键字的函数就是一个生成器函数。yield可以为我们从函数中返回值,但是yield又不同于return,return的执行意味着程序的结束,调用生成器函数不会得 到返回的具体的值,而是得到一个可迭代的对象。每一次获取这个可迭代对象的值,就能推动函数的执行,获取新的返回值。直到函数执行结束。

import time def genrator_fun1(): a = 1 print('现在定义了a变量') yield a b = 2 print('现在又定义了b变量') yield b g1 = genrator_fun1() print('g1 : ',g1) #打印g1可以发现g1就是一个生成器 print('-'*20) #我是华丽的分割线 print(next(g1)) time.sleep(1) #sleep一秒看清执行过程 print(next(g1))
生成器有什么好处呢?就是不会一下子在内存中生成太多数据
假如我想让工厂给学生做校服,生产2000000件衣服,我和工厂一说,工厂应该是先答应下来,然后再去生产,我可以一件一件的要,也可以根据学生一批一批的找工 厂拿。
而不能是一说要生产2000000件衣服,工厂就先去做生产2000000件衣服,等回来做好了,学生都毕业了。。。

#初识生成器二 def produce(): """生产衣服""" for i in range(2000000): yield "生产了第%s件衣服"%i product_g = produce() print(product_g.__next__()) #要一件衣服 print(product_g.__next__()) #再要一件衣服 print(product_g.__next__()) #再要一件衣服 num = 0 for i in product_g: #要一批衣服,比如5件 print(i) num +=1 if num == 5: break #到这里我们找工厂拿了8件衣服,我一共让我的生产函数(也就是produce生成器函数)生产2000000件衣服。 #剩下的还有很多衣服,我们可以一直拿,也可以放着等想拿的时候再拿
更多应用

import time def tail(filename): f = open(filename) f.seek(0, 2) #从文件末尾算起 while True: line = f.readline() # 读取文件中新的文本行 if not line: time.sleep(0.1) continue yield line tail_g = tail('tmp') for line in tail_g: print(line)
send
def generator(): print(123) content = yield 1 print('=======',content) print(456) yield2 g = generator() ret = g.__next__() print('***',ret) ret = g.send('hello') #send的效果和next一样 print('***',ret) #send 获取下一个值的效果和next基本一致 #只是在获取下一个值的时候,给上一yield的位置传递一个数据 #使用send的注意事项 # 第一次使用生成器的时候 是用next获取下一个值 # 最后一个yield不能接受外部的值

def averager(): total = 0.0 count = 0 average = None while True: term = yield average total += term count += 1 average = total/count g_avg = averager() next(g_avg) print(g_avg.send(10)) print(g_avg.send(30)) print(g_avg.send(5))

def init(func): #在调用被装饰生成器函数的时候首先用next激活生成器 def inner(*args,**kwargs): g = func(*args,**kwargs) next(g) return g return inner @init def averager(): total = 0.0 count = 0 average = None while True: term = yield average total += term count += 1 average = total/count g_avg = averager() # next(g_avg) 在装饰器中执行了next方法 print(g_avg.send(10)) print(g_avg.send(30)) print(g_avg.send(5))
yield from

def gen1(): for c in 'AB': yield c for i in range(3): yield i print(list(gen1())) def gen2(): yield from 'AB' yield from range(3) print(list(gen2()))
列表推导式和生成器表达式

#老男孩由于峰哥的强势加盟很快走上了上市之路,alex思来想去决定下几个鸡蛋来报答峰哥 egg_list=['鸡蛋%s' %i for i in range(10)] #列表解析 #峰哥瞅着alex下的一筐鸡蛋,捂住了鼻子,说了句:哥,你还是给我只母鸡吧,我自己回家下 laomuji=('鸡蛋%s' %i for i in range(10))#生成器表达式 print(laomuji) print(next(laomuji)) #next本质就是调用__next__ print(laomuji.__next__()) print(next(laomuji))
总结:
1.把列表解析的[]换成()得到的就是生成器表达式
2.列表解析与生成器表达式都是一种便利的编程方式,只不过生成器表达式更节省内存
3.Python不但使用迭代器协议,让for循环变得更加通用。大部分内置函数,也是使用迭代器协议访问对象的。例如, sum函数是Python的内置函数,该函数使用迭代 器协议访问对象,而生成器实现了迭代器协议,所以,我们可以直接这样计算一系列值的和:
sum(x ** 2 for x in range(4))
而不用多此一举的先构造一个列表:
sum([x ** 2 for x in range(4)])
总结
可迭代对象:
拥有__iter__方法
特点:惰性运算
例如:range(),str,list,tuple,dict,set
迭代器Iterator:
拥有__iter__方法和__next__方法
例如:iter(range()),iter(str),iter(list),iter(tuple),iter(dict),iter(set),reversed(list_o),map(func,list_o),filter(func,list_o),file_o
生成器Generator:
本质:迭代器,所以拥有__iter__方法和__next__方法
特点:惰性运算,开发者自定义
使用生成器的优点:
1.延迟计算,一次返回一个结果。也就是说,它不会一次生成所有的结果,这对于大数据量处理,将会非常有用。

#列表解析 sum([i for i in range(100000000)])#内存占用大,机器容易卡死 #生成器表达式 sum(i for i in range(100000000))#几乎不占内存
2.提高代码可读性
生成器相关的面试题
生成器在编程中发生了很多的作用,善用生成器可以帮助我们解决很多复杂的问题
除此之外,生成器也是面试题中的重点,在完成一些功能之外,人们也想出了很多魔性的面试题。
接下来我们就来看一看~

def demo(): for i in range(4): yield i g=demo() g1=(i for i in g) g2=(i for i in g1) print(list(g1)) print(list(g2))

def add(n,i): return n+i def test(): for i in range(4): yield i g=test() for n in [1,10]: g=(add(n,i) for i in g) print(list(g))

import os def init(func): def wrapper(*args,**kwargs): g=func(*args,**kwargs) next(g) return g return wrapper @init def list_files(target): while 1: dir_to_search=yield for top_dir,dir,files in os.walk(dir_to_search): for file in files: target.send(os.path.join(top_dir,file)) @init def opener(target): while 1: file=yield fn=open(file) target.send((file,fn)) @init def cat(target): while 1: file,fn=yield for line in fn: target.send((file,line)) @init def grep(pattern,target): while 1: file,line=yield if pattern in line: target.send(file) @init def printer(): while 1: file=yield if file: print(file) g=list_files(opener(cat(grep('python',printer())))) g.send('/test1') 协程应用:grep -rl /dir
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最短路径模板
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