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2019-05-08 Python 生成器

2019-05-08 Python 生成器

作者: luckybabying | 来源:发表于2019-05-08 10:00 被阅读0次

    通过列表生成式,我们可以直接创建一个列表。但是,受到内存限制,列表容量肯定是有限的。而且,创建一个包含100万个元素的列表,不仅占用很大的存储空间,如果我们仅仅需要访问前面几个元素,那后面绝大多数元素占用的空间都白白浪费了。

    所以,如果列表元素可以按照某种算法推算出来,那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢?这样就不必创建完整的list,从而节省大量的空间。在Python中,这种一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator

    要创建一个generator,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(),就创建了一个generator:

    >>> L = [x * x    for    x    in    range(10)]

    >>> L

    [0,1,4,9,16,25,36,49,64,81]

    >>> g = (x * x    for    x    in    range(10))

    >>> g 

    <generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

    创建L和g的区别仅在于最外层的[]和(),L是一个list,而g是一个generator。

    我们可以直接打印出list的每一个元素,但我们怎么打印出generator的每一个元素呢?

    如果要一个一个打印出来,可以通过next()函数获得generator的下一个返回值:

    >>>next(g)

    0

    >>>next(g)

    1

    >>>next(g)

    4

    >>>next(g)

    9

    >>>next(g)

    16

    >>>next(g)

    25

    >>>next(g)

    36

    >>>next(g)

    49

    >>>next(g)

    64

    >>>next(g)

    81

    >>>next(g)

    Traceback(most recent call last):File"<stdin>", line1,inStopIteration

    我们讲过,generator保存的是算法,每次调用next(g),就计算出g的下一个元素的值,直到计算到最后一个元素,没有更多的元素时,抛出StopIteration的错误。

    当然,上面这种不断调用next(g)实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:

    >>> g = (x * x    for    x    in    range(10))

    >>> for    n    in    g:

    ... print(n)

    ... 

    0

    1

    4

    9

    16

    25

    36

    49

    64

    81

    所以,我们创建了一个generator后,基本上永远不会调用next(),而是通过for循环来迭代它,并且不需要关心StopIteration的错误。

    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。

    比如,著名的斐波拉契数列(Fibonacci),除第一个和第二个数外,任意一个数都可由前两个数相加得到:

    1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

    斐波拉契数列用列表生成式写不出来,但是,用函数把它打印出来却很容易:

    def    fib(max):

            n, a, b =0,0,1

            while    n < max: 

                   print(b)        

                    a, b = b, a + b        

                    n = n +1

            return'done'

    注意,赋值语句:

    a, b = b, a + b

    相当于:

    t =(b, a + b) # t是一个tuple

    a =t[0]

    b =t[1]

    但不必显式写出临时变量t就可以赋值。

    上面的函数可以输出斐波那契数列的前N个数:

    >>> fib(6)

    1

    1

    2

    3

    5

    8

    'done'

    仔细观察,可以看出,fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则,可以从第一个元素开始,推算出后续任意的元素,这种逻辑其实非常类似generator。

    也就是说,上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator,只需要把print(b)改为yield b就可以了:

    def    fib(max):

            n, a, b =0,0,1

            whilen < max:

                        yield    b       

                         a, b = b, a + b       

                         n = n +1

            return    'done'

    这就是定义generator的另一种方法。如果一个函数定义中包含yield关键字,那么这个函数就不再是一个普通函数,而是一个generator:

    >>> f = fib(6)

    >>> f

    这里,最难理解的就是generator和函数的执行流程不一样。函数是顺序执行,遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。而变成generator的函数,在每次调用next()的时候执行,遇到yield语句返回,再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。

    举个简单的例子,定义一个generator,依次返回数字1,3,5:

    def    odd():

            print('step 1')

            yield1

            print('step 2')

            yield(3)    

            print('step 3')

                yield(5)

    调用该generator时,首先要生成一个generator对象,然后用next()函数不断获得下一个返回值:

    >>> o = odd()

    >>>next(o)

    step1

    1

    >>>next(o)

    step2

    3

    >>>next(o)

    step3

    5

    >>>next(o)

    Traceback(most recent call last):File"<stdin>", line1,inStopIteration

    可以看到,odd不是普通函数,而是generator,在执行过程中,遇到yield就中断,下次又继续执行。执行3次yield后,已经没有yield可以执行了,所以,第4次调用next(o)就报错。

    回到fib的例子,我们在循环过程中不断调用yield,就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环,不然就会产生一个无限数列出来。

    同样的,把函数改成generator后,我们基本上从来不会用next()来获取下一个返回值,而是直接使用for循环来迭代:

    >>> for    n    in    fib(6):

        ... print(n)

        ...

    1

    1

    2

    3

    5

    8

    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:

    >>> g = fib(6)

    >>> while    True:

    ...             try:

    ...                 x = next(g)

    ...                 print('g:', x)...

                     exceptStopIterationase:

    ...                     print('Generator return value:', e.value)

    ...                     break...

    g:1

    g:1

    g:2

    g:3

    g:5

    g:8

    Generatorreturnvalue: done

    关于如何捕获错误,后面的错误处理还会详细讲解。

    以上内容均为廖雪峰老师所写,为了找个方式鼓励自己多多学习,让自己认真读并加深对廖老师每一句得话得含义,边学边复制简述,记录在简书这个平台里,大家要是有兴趣一起学习,可以登陆廖雪峰老师得官方网站。特别赞~~

        最后,谢谢简书这个平台,谢谢廖雪峰老师的知识的无私奉献~

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