Python生成器介紹（原理+實踐）

本篇博文講解生成器，主要介紹2個方面，其一為原理，其二為完整代碼運行及注解說明。

一.生成器原理

生成器卻不同，它可以實現在迭代的同時生成元素。

也就是說，對於可以用某種算法推算得到的多個數據，生成器並不會一次性生成它們，而是什么時候需要，才什么時候生成。

不僅如此，生成器的創建方式也比迭代器簡單很多，大體分為以下 2 步：

1. 定義一個以 yield 關鍵字標識返回值的函數；
2. 調用剛剛創建的函數，即可創建一個生成器；

舉個例子：

1. def intNum():
2. print("開始執行")
3. for i in range(5):
4. yield i
5. print("繼續執行")
6. num = intNum()

由此，我們就成功創建了一個 num 生成器對象。顯然，和普通函數不同，number() 函數的返回值用的是 yield 關鍵字，而不是 return 關鍵字，此類函數又成為生成器函數。

和 return 相比，yield 除了可以返回相應的值，還有一個更重要的功能，即每當程序執行完該語句時，程序就會暫停執行。不僅如此，即便調用生成器函數，Python 解釋器也不會執行函數中的代碼，它只會返回一個生成器（對象）。

要想使生成器函數得以執行，或者想使執行完 yield 語句立即暫停的程序得以繼續執行，有以下 2 種方式：

1. 通過生成器（上面程序中的 num）調用 next() 內置函數或者 __next__() 方法；
2. 通過 for 循環遍歷生成器。

例如，在上面程序的基礎上，添加如下語句：

1. #調用 next() 內置函數
2. print(next(num))
3. #調用 __next__() 方法
4. print(num.__next__())
5. #通過for循環遍歷生成器
6. for i in num:
7. print(i)

程序執行結果為：

開始執行
0
繼續執行
1
繼續執行
2
繼續執行
3
繼續執行
4
繼續執行

這里有必要給讀者分析一個程序的執行流程：
1) 首先，在創建有 num 生成器的前提下，通過其調用 next() 內置函數，會使 Python 解釋器開始執行 intNum() 生成器函數中的代碼，因此會輸出“開始執行”，程序會一直執行到yield i，而此時的 i==0，因此 Python 解釋器輸出“0”。由於受到 yield 的影響，程序會在此處暫停。

2) 然后，我們使用 num 生成器調用 __next__() 方法，該方法的作用和 next() 函數完全相同（事實上，next() 函數的底層執行的也是 __next__() 方法），它會是程序繼續執行，即輸出“繼續執行”，程序又會執行到yield i，此時 i==1，因此輸出“1”，然后程序暫停。

3) 最后，我們使用 for 循環遍歷 num 生成器，之所以能這么做，是因為 for 循環底層會不斷地調用 next() 函數，使暫停的程序繼續執行，因此會輸出后續的結果。

注意，在 Python 2.x 版本中不能使用 __next__() 方法，可以使用 next() 內置函數，另外生成器還有 next() 方法（即以 num.next() 的方式調用）。

除此之外，還可以使用 list() 函數和 tuple() 函數，直接將生成器能生成的所有值存儲成列表或者元組的形式。例如：

1. num = intNum()
2. print(list(num))
4. num = intNum()
5. print(tuple(num))

程序執行結果為：

開始執行
繼續執行
繼續執行
繼續執行
繼續執行
繼續執行
[0, 1, 2, 3, 4]
開始執行
繼續執行
繼續執行
繼續執行
繼續執行
繼續執行
(0, 1, 2, 3, 4)

通過輸出結果可以判斷出，list() 和 tuple() 底層實現和 for 循環的遍歷過程是類似的。

相比迭代器，生成器最明顯的優勢就是節省內存空間，即它不會一次性生成所有的數據，而是什么時候需要，什么時候生成。

 

 

二.完整代碼說明：

# 帶有參數的生成器，參數為k
def intNum(k):
    print("開始執行")
    n=0
    while n<4:
        n=n+1
        yield n+5+k
        print("繼續執行")
num = intNum(3)
# 說明參數k=3保持不變，每次迭代都不會改變，
# 而n將會在每次迭代中一直+1，當n<10滿足條件
# 就終止迭代。
for i in num:
    # 這里i是num函數返回的值，即n+5+k
    print(i)
# 注：第一運行將執行wile上面的代碼，隨后在yield處停止，
#     當再次迭代時將執行yield后面的代碼（print("繼續執行")），
#     然后在從while處執行直到遇到yield后，又重復上述步驟執行

運行結果：

 

 

 

原理主要借鑒（很詳細）：http://c.biancheng.net/view/2393.html