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  • python中的生成器

    1. 生成器

    利用迭代器,我们可以在每次迭代获取数据(通过next()方法)时按照特定的规律进行生成。但是我们在实现一个迭代器时,关于当前迭代到的状态需要我们自己记录,进而才能根据当前状态生成下一个数据。为了达到记录当前状态,并配合next()函数进行迭代使用,我们可以采用更简便的语法,即生成器(generator)。生成器是一类特殊的迭代器

    2. 创建生成器方法1

    要创建一个生成器,有很多种方法。第一种方法很简单,只要把一个列表生成式的 [ ] 改成 ( )

    In [15]: L = [ x*2 for x in range(5)]
    
    In [16]: L
    Out[16]: [0, 2, 4, 6, 8]
    
    In [17]: G = ( x*2 for x in range(5))
    
    In [18]: G
    Out[18]: <generator object <genexpr> at 0x7f626c132db0>
    
    In [19]:
    

    创建 L 和 G 的区别仅在于最外层的 [ ] 和 ( ) , L 是一个列表,而 G 是一个生成器。我们可以直接打印出列表L的每一个元素,而对于生成器G,我们可以按照迭代器的使用方法来使用,即可以通过next()函数、for循环、list()等方法使用。

    In [19]: next(G)
    Out[19]: 0
    
    In [20]: next(G)
    Out[20]: 2
    
    In [21]: next(G)
    Out[21]: 4
    
    In [22]: next(G)
    Out[22]: 6
    
    In [23]: next(G)
    Out[23]: 8
    
    In [24]: next(G)
    ---------------------------------------------------------------------------
    StopIteration                             Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-24-380e167d6934> in <module>()
    ----> 1 next(G)
    
    StopIteration:
    
    In [25]:
    
    In [26]: G = ( x*2 for x in range(5))
    
    In [27]: for x in G:
       ....:     print(x)
       ....:     
    0
    2
    4
    6
    8
    
    In [28]:
    

    3. 创建生成器方法2

    generator非常强大。如果推算的算法比较复杂,用类似列表生成式的 for 循环无法实现的时候,还可以用函数来实现。

    我们仍然用上一篇(python迭代器)提到的斐波那契数列来举例,回想我们在上一篇用迭代器的实现方式:

    class Fabonacci(object):
            """斐波那契数列迭代器"""
    
            def __init__(self, num):
                    self.num = num 
                    self.index = 0 
                    self.a = 0 
                    self.b = 1 
        
            def __next__(self):
                    if self.index < self.num:
                            v = self.a
                            self.b, self.a = self.a, self.a + self.b
                            self.index += 1
                            return v
                    else:
                            raise StopIteration
        
            def __iter__(self):
                    return self
    
    
    if __name__ == "__main__":
        
            fab = Fabonacci(15)
            for i in fab:
                    print(i)
    

    注意,在用迭代器实现的方式中,我们要借助几个变量(num、index、a、b)来保存迭代的状态。现在我们用生成器来实现一下。

    from collections import Iterator
    
    
    def fabonacci(num):
            index = 0 
            a, b = 0, 1
            while index < num:
                    val = a 
                    b, a = a, a + b 
                    index += 1
                    yield val 
            return "done"
    
    
    fab = fabonacci(5)
    print(isinstance(fab, Iterator))
    print(next(fab))
    print(next(fab))
    print(next(fab))
    print(next(fab))
    print(next(fab))
    

    在使用生成器实现的方式中,我们将原本在迭代器__next__方法中实现的基本逻辑放到一个函数中来实现,但是将每次迭代返回数值的return换成了yield,此时新定义的函数便不再是函数,而是一个生成器了。简单来说:只要在def中有yield关键字的 就称为 生成器

    此时按照调用函数的方式( 案例中为F = fib(5) )使用生成器就不再是执行函数体了,而是会返回一个生成器对象( 案例中为F ),然后就可以按照使用迭代器的方式来使用生成器了。

    fab = fabonacci(5)
    for i in fab:
            print(i)
    
    

    但是用for循环调用generator时,发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值,必须捕获StopIteration错误,返回值包含在StopIteration的value中:

    fab = fabonacci(5)
    while True:
            try:
                    print(next(fab))
            except StopIteration as e:
                    print("生成器返回值为:", e.value)
                    break   
    

    总结

    • 使用了yield关键字的函数不再是函数,而是生成器。(使用了yield的函数就是生成器)
    • yield关键字有两点作用:
      • 保存当前运行状态(断点),然后暂停执行,即将生成器(函数)挂起
      • 将yield关键字后面表达式的值作为返回值返回,此时可以理解为起到了return的作用
    • 可以使用next()函数让生成器从断点处继续执行,即唤醒生成器(函数)
    • Python3中的生成器可以使用return返回最终运行的返回值,而Python2中的生成器不允许使用return返回一个返回值(即可以使用return从生成器中退出,但return后不能有任何表达式)。

    4. 使用send唤醒

    我们除了可以使用next()函数来唤醒生成器继续执行外,还可以使用send()函数来唤醒执行。使用send()函数的一个好处是可以在唤醒的同时向断点处传入一个附加数据。

    例子:执行到yield时,gen函数作用暂时保存,返回i的值; temp接收下次c.send("python"),send发送过来的值,c.next()等价c.send(None)
    使用send:

    def gen():
            i = 0 
            while i < 10: 
                    temp = yield i
                    print(temp)
                    i += 1
    
    g = gen()
    print(next(g))
    
    print(g.send("python"))
    
    print(next(g))
    
    print(g.send(None))
    
    

    使用next:

    g = gen()
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    print(next(g))
    

    使用__next__方法(不常用):

    g = gen()
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    print(g.__next__())
    
    
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