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python 列表生成式、生成器、迭代器、yield

简介:
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 列表生成式:

    python内置的用来创建list的生成式。

 例子:

    要生成list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]可以用list(range(1, 11))

    

    但如果要生成[1x1, 2x2, 3x3, ..., 10x10]怎么做?方法一是循环:

    >>> L = []

    >>> for x in range(111):...  

         L.append(x * x) ...

    >>> L [149162536496481100]

    但是循环太繁琐,而列表生成式则可以用一行语句代替循环生成上面的list:

    >>> [x * x for x in range(111)]

         [149162536496481100]


   写列表生成式时,把要生成的元素x * x放到前面,后面跟for循环,就可以把list创建出来,十分有用,多写几次,很快就可以熟悉这种语法。

    for循环后面还可以加上if判断,这样我们就可以筛选出仅偶数的平方:

        >>> [x * x for x in range(111if x % 2 == 0] [4163664100]

    还可以使用两层循环,可以生成全排列:

        >>> [m + n for m in 'ABC' for n in 'XYZ'] ['AX''AY''AZ''BX''BY''BZ''CX''CY''CZ']



生成器:

   

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Lg的区别仅在于最外层的[]()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



迭代器:

    可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象:

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
True
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance({}, Iterator)
False
>>> isinstance('abc', Iterator)
False


生成器都是Iterator对象,但listdictstr虽然是Iterable,却不是Iterator

listdictstrIterable变成Iterator可以使用iter()函数:

>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
True

凡是可作用于for循环的对象都是Iterable类型;

凡是可作用于next()函数的对象都是Iterator类型,它们表示一个惰性计算的序列;

集合数据类型如listdictstr等是Iterable但不是Iterator,不过可以通过iter()函数获得一个Iterator对象。


yield:

    

您可能听说过,带有 yield 的函数在 Python 中被称之为 generator(生成器),何谓 generator ?

我们先抛开 generator,以一个常见的编程题目来展示 yield 的概念。

如何生成斐波那契數列

斐波那契(Fibonacci)數列是一个非常简单的递归数列,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。用计算机程序输出斐波那契數列的前 N 个数是一个非常简单的问题,许多初学者都可以轻易写出如下函数:

清单 1. 简单输出斐波那契數列前 N 个数

def fab(max):    n, a, b = 0, 0, 1    while n < max:        print b        a, b = b, a + b        n = n + 1

执行 fab(5),我们可以得到如下输出:

>>> fab(5) 1 1 2 3 5

结果没有问题,但有经验的开发者会指出,直接在 fab 函数中用 print 打印数字会导致该函数可复用性较差,因为 fab 函数返回 None,其他函数无法获得该函数生成的数列。

要提高 fab 函数的可复用性,最好不要直接打印出数列,而是返回一个 List。以下是 fab 函数改写后的第二个版本:

清单 2. 输出斐波那契數列前 N 个数第二版

def fab(max):    n, a, b = 0, 0, 1    L = []    while n < max:        L.append(b)        a, b = b, a + b        n = n + 1    return L

可以使用如下方式打印出 fab 函数返回的 List:

>>> for n in fab(5): ...     print n ... 1 1 2 3 5

改写后的 fab 函数通过返回 List 能满足复用性的要求,但是更有经验的开发者会指出,该函数在运行中占用的内存会随着参数 max 的增大而增大,如果要控制内存占用,最好不要用 List

来保存中间结果,而是通过 iterable 对象来迭代。例如,在 Python2.x 中,代码:

清单 3. 通过 iterable 对象来迭代

for i in range(1000): pass

会导致生成一个 1000 个元素的 List,而代码:

for i in xrange(1000): pass

则不会生成一个 1000 个元素的 List,而是在每次迭代中返回下一个数值,内存空间占用很小。因为 xrange 不返回 List,而是返回一个 iterable 对象。

利用 iterable 我们可以把 fab 函数改写为一个支持 iterable 的 class,以下是第三个版本的 Fab:

清单 4. 第三个版本

class Fab(object):    def __init__(self, max):        self.max = max        self.n, self.a, self.b = 0, 0, 1    def __iter__(self):        return self    def next(self):        if self.n < self.max:            r = self.b            self.a, self.b = self.b, self.a + self.b            self.n = self.n + 1            return r        raise StopIteration()

Fab 类通过 next() 不断返回数列的下一个数,内存占用始终为常数:

>>> for n in Fab(5): ...     print n ... 1 1 2 3 5

然而,使用 class 改写的这个版本,代码远远没有第一版的 fab 函数来得简洁。如果我们想要保持第一版 fab 函数的简洁性,同时又要获得 iterable 的效果,yield 就派上用场了:

清单 5. 使用 yield 的第四版

def fab(max):    n, a, b = 0, 0, 1    while n < max:        yield b        # print b        a, b = b, a + b        n = n + 1 '''

第四个版本的 fab 和第一版相比,仅仅把 print b 改为了 yield b,就在保持简洁性的同时获得了 iterable 的效果。

调用第四版的 fab 和第二版的 fab 完全一致:

>>> for n in fab(5): ...     print n ... 1 1 2 3 5

简单地讲,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,调用 fab(5) 不会执行 fab 函数,而是返回一个 iterable 对象!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。

也可以手动调用 fab(5) 的 next() 方法(因为 fab(5) 是一个 generator 对象,该对象具有 next() 方法),这样我们就可以更清楚地看到 fab 的执行流程:

清单 6. 执行流程

>>> f = fab(5) >>> f.next() 1 >>> f.next() 1 >>> f.next() 2 >>> f.next() 3 >>> f.next() 5 >>> f.next() Traceback (most recent call last):  File "<stdin>", line 1, in <module> StopIteration

当函数执行结束时,generator 自动抛出 StopIteration 异常,表示迭代完成。在 for 循环里,无需处理 StopIteration 异常,循环会正常结束。

我们可以得出以下结论:

一个带有 yield 的函数就是一个 generator,它和普通函数不同,生成一个 generator 看起来像函数调用,但不会执行任何函数代码,直到对其调用 next()(在 for 循环中会自动调用 next())才开始执行。虽然执行流程仍按函数的流程执行,但每执行到一个 yield 语句就会中断,并返回一个迭代值,下次执行时从 yield 的下一个语句继续执行。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 的好处是显而易见的,把一个函数改写为一个 generator 就获得了迭代能力,比起用类的实例保存状态来计算下一个 next() 的值,不仅代码简洁,而且执行流程异常清晰。

如何判断一个函数是否是一个特殊的 generator 函数?可以利用 isgeneratorfunction 判断:

清单 7. 使用 isgeneratorfunction 判断

>>> from inspect import isgeneratorfunction >>> isgeneratorfunction(fab) True

要注意区分 fab 和 fab(5),fab 是一个 generator function,而 fab(5) 是调用 fab 返回的一个 generator,好比类的定义和类的实例的区别:

清单 8. 类的定义和类的实例

>>> import types >>> isinstance(fab, types.GeneratorType) False >>> isinstance(fab(5), types.GeneratorType) True

fab 是无法迭代的,而 fab(5) 是可迭代的:

>>> from collections import Iterable >>> isinstance(fab, Iterable) False >>> isinstance(fab(5), Iterable) True

每次调用 fab 函数都会生成一个新的 generator 实例,各实例互不影响:

>>> f1 = fab(3) >>> f2 = fab(5) >>> print 'f1:', f1.next() f1: 1 >>> print 'f2:', f2.next() f2: 1 >>> print 'f1:', f1.next() f1: 1 >>> print 'f2:', f2.next() f2: 1 >>> print 'f1:', f1.next() f1: 2 >>> print 'f2:', f2.next() f2: 2 >>> print 'f2:', f2.next() f2: 3 >>> print 'f2:', f2.next() f2: 5

回页首

return 的作用

在一个 generator function 中,如果没有 return,则默认执行至函数完毕,如果在执行过程中 return,则直接抛出 StopIteration 终止迭代。

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另一个例子

另一个 yield 的例子来源于文件读取。如果直接对文件对象调用 read() 方法,会导致不可预测的内存占用。好的方法是利用固定长度的缓冲区来不断读取文件内容。通过 yield,我们不再需要编写读文件的迭代类,就可以轻松实现文件读取:

清单 9. 另一个 yield 的例子

def read_file(fpath):    BLOCK_SIZE = 1024    with open(fpath, 'rb') as f:        while True:            block = f.read(BLOCK_SIZE)            if block:                yield block            else:                return

以上仅仅简单介绍了 yield 的基本概念和用法,yield 在 Python 3 中还有更强大的用法,我们会在后续文章中讨论。



本文转自 Wilson9527 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/devops9527/1857737,如需转载请自行联系原作者

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