想要搞明白什么是迭代器,首先要了解幾個名詞:容器(container)、迭代(iteration)、可迭代對象(iterable)、迭代器(iterator)、生成器(generator)。
看圖是不是更清楚點呢......
一 容器(container)
容器是一種把多個元素組織在一起的數據結構,容器中的元素可以逐個地迭代獲取,可以用in
, not in
關鍵字判斷元素是否包含在容器中。通常這類數據結構把所有的元素存儲在內存中(也有一些特例,並不是所有的元素都放在內存,比如迭代器和生成器對象)在Python中,常見的容器對象有:
- list, deque, ….
- set, frozensets, ….
- dict, defaultdict, OrderedDict, Counter, ….
- tuple, namedtuple, …
- str
容器比較容易理解,因為你就可以把它看作是一個盒子、一棟房子、一個櫃子,里面可以塞任何東西。從技術角度來說,當它可以用來詢問某個元素是否包含在其中時,那么這個對象就可以認為是一個容器,比如 list,set,tuples都是容器對象。
print( 1 in [1, 2, 3]) # lists # True print(4 not in [1, 2, 3]) # True print(1 in {1, 2, 3}) # sets # True print(4 not in {1, 2, 3}) # True print(1 in (1, 2, 3)) # tuples # True print(4 not in (1, 2, 3)) # True # 詢問某元素是否在dict中用dict的中key: d = {1: 'foo', 2: 'bar', 3: 'qux'} print(1 in d) # True print('foo' not in d) # 'foo' 不是dict中的元素 # True # 詢問某substring是否在string中: s = 'foobar' print('b' in s) # True print('x' not in s) # True print('foo' in s) # True
盡管絕大多數容器都提供了某種方式來獲取其中的每一個元素,但這並不是容器本身提供的能力,而是可迭代對象賦予了容器這種能力,當然並不是所有的容器都是可迭代的,比如:Bloom filter,雖然Bloom filter可以用來檢測某個元素是否包含在容器中,但是並不能從容器中獲取其中的每一個值,因為Bloom filter壓根就沒把元素存儲在容器中,而是通過一個散列函數映射成一個值保存在數組中。
二 迭代(iteration)
什么是迭代,我的理解如下:
-
第一,迭代需要重復進行某一操作
-
第二,本次迭代的要依賴上一次的結果繼續往下做,如果中途有任何停頓,都不能算是迭代
下面來看幾個例子,能更好理解迭代的含義。
# 實例1 # 非迭代 count = 0 while count < 10: print("hello world") count += 1 # 實例2 # 迭代 count = 0 while count < 10: print(count) count += 1
實例1,僅僅只是在重復一件事,那就是不停的打印"hello world",並且,這個打印的結果並不依賴上一次輸出的值。而實例2,就很好地說明迭代的含義,重復+繼續。
三 可迭代對象 (iterable)
通俗的說就是在每一種數據類型對象中,都會有有一個__iter__()方法,正是因為這個方法,才使得這些基本數據類型變為可迭代。
當我們運行以下代碼的時候:
x = [1,2,3] for elem in x: print(elem) # 運行結果: # 1 # 2 # 3
實際調用過程如下:
那么如何判斷一個對象是否是可迭代呢?使用collections模塊的Iterable類型判斷
from collections import Iterable print(isinstance('abc', Iterable)) # str是否可迭代 # True print(isinstance([1,2,3], Iterable)) # list是否可迭代 # True print(isinstance(123, Iterable)) # 整數是否可迭代 # False
四 迭代器(iterator)
通俗來講任何具有__next__()
方法的對象都是迭代器,對迭代器調用__next__()方法可以獲取下一個值。
五 生成器(generator)
生成器是一個用簡單的方式來完成迭代。簡單來說,Python的生成器是一個返回可以迭代對象的函數。
那要怎么創建生成器呢,很簡單的,在一般函數中使用yield
關鍵字,可以實現一個最簡單的生成器,此時這個函數變成一個生成器函數。yield
與return
返回相同的值,區別在於return
返回后,函數狀態終止,而yield
會保存當前函數的執行狀態,在返回后,函數又回到之前保存的狀態繼續執行。
看一下簡單的生成器實例吧:
def test(): yield 1 yield 2 yield 3 g=test() print('來自函數',g) print(g.__next__()) print(g.__next__()) # 運行結果 # 來自函數 <generator object test at 0x000000000072B8E0> # 1 # 2
生成器與一般函數有什么區別呢?
- 生成器函數包含一個或者多個
yield
- 當調用生成器函數時,函數將返回一個對象,但是不會立刻向下執行
- 像
__iter__()
和__next__()
方法等是自動實現的,所以我們可以通過next()
方法對對象進行迭代 - 一旦函數被
yield
,函數會暫停,控制權返回調用者 - 局部變量和它們的狀態會被保存,直到下一次調用
- 函數終止的時候,
StopIteraion
會被自動拋出
來個例子看一下吧:
# 簡單的生成器函數 def my_gen(): n=1 print("first") # yield區域 yield n n+=1 print("second") yield n n+=1 print("third") yield n a=my_gen() print("next method:") # 每次調用a的時候,函數都從之前保存的狀態執行 print print(next(a))(next(a)) print(next(a)) # 運行結果 # next method: # first # 1 # second # 2 # third # 3 print("for loop:") # 與調用next等價的 b=my_gen() for elem in my_gen(): print(elem) # 運行結果 # for loop: # first # 1 # second # 2 # third # 3
來看看使用循環的生成器
# 逆序yield出對象的元素 def rev_str(my_str): length=len(my_str) for i in range(length-1,-1,-1): yield my_str[i] for char in rev_str("hello"): print(char) # 運行結果 # o # l # l # e # h
六 生成器表達式
Python中,有一個列表生成方法,也就是常說的列表解析,提到列表解析就先要弄明白三元表達式的概念,什么是三元表達式呢?來個實例看看吧
egg_list=[] for i in range(10): egg_list.append('雞蛋%s' %i) print(egg_list) # ['雞蛋0', '雞蛋1', '雞蛋2', '雞蛋3', '雞蛋4', '雞蛋5', '雞蛋6', '雞蛋7', '雞蛋8', '雞蛋9'] # 使用三元表達式替換如上代碼 l=['雞蛋%s' %i for i in range(10)] print(l) # ['雞蛋0', '雞蛋1', '雞蛋2', '雞蛋3', '雞蛋4', '雞蛋5', '雞蛋6', '雞蛋7', '雞蛋8', '雞蛋9'] l1=['雞蛋%s' %i for i in range(10) if i > 5 ] print(l1) # ['雞蛋6', '雞蛋7', '雞蛋8', '雞蛋9'] # l2=['雞蛋%s' %i for i in range(10) if i > 5 else i] #沒有四元表達式 # print(l2) l3=['雞蛋%s' %i for i in range(10) if i < 5] print(l3) # ['雞蛋0', '雞蛋1', '雞蛋2', '雞蛋3', '雞蛋4']
了解了三元表達式,我們再來看看什么是生成器表達式,其實很簡單,就是把三元表達式中的[]換成()即可。
a=(x for x in range(10)) b=[x for x in range(10)] # 這是錯誤的,因為生成器不能直接給出長度 # print("length a:",len(a)) # 輸出列表的長度 print("length b:",len(b)) # length b: 10 b=iter(b) # 二者輸出等價,不過b是在運行時開辟內存,而a是直接開辟內存 print(next(a)) print(next(b))