Python3 迭代器和生成器


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innot 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。yieldreturn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
  • __iter__()__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)) 

 


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