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Python3高級特性(四)之生成器(Generator)

編輯:Python

目錄

生成器的概念

創建生成器之一

創建生成器之二

創建生成器之三

生成器的執行流程


生成器的概念

通過列表生成式,我們可以直接創建一個列表。但是,受到內存限制,列表容量肯定是有限的。

而且,創建一個包含100萬個元素的列表,會占用很大的存儲空間,如果我們僅僅需要訪問前面幾個元素,那後面絕大多數元素占用的空間都白白浪費了。

所以,如果列表元素可以按照某種算法推算出來,那我們是否可以在循環的過程中不斷推算出後續的元素呢?這樣就不必創建完整的list,從而節省大量的空間。

在Python中,這種一邊循環一邊計算的機制,稱為生成器:generator。生成器對象是一個迭代器:但是它比迭代器對象多了一些方法,它們包括send方法,throw方法和close方法。這些方法,主要是用於外部與生成器對象的交互。

創建生成器之一

要創建一個generator,有很多種方法。第一種方法很簡單,只要把一個列表生成式的[]改成(),就創建了一個generator:

L = [x * x for x in range(10)]  #列表生成式

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

g = (x * x for x in range(10))  #生成器

<generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

創建L和g的區別僅在於最外層的[]和(),L是一個list,而g是一個generator。:可以通過next()函數獲得generator的下一個返回值,指導拋出異常:“StopIteration”

 next(g)

結果為:0

next(g) ,#以此類推

Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>StopIteration

我們講過,generator保存的是算法,每次調用next(g),就計算出g的下一個元素的值,直到計算到最後一個元素,沒有更多的元素時,拋出StopIteration的錯誤。

創建生成器之二

可以通過for循環創建生成器,因為generator也是可迭代對象:

g = (x * x for x in range(10))
for n in g:
  print(n)

所以,創建了一個generator後,基本上是通過for循環來迭代它,並且不需要關心StopIteration的錯誤。

創建生成器之三

generator非常強大。如果推算的算法比較復雜,用類似列表生成式的for循環無法實現的時候,還可以用函數來實現。比如,著名的斐波拉契數列(Fibonacci),除第一個和第二個數外,任意一個數都可由前兩個數相加得到:1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...,斐波拉契數列用列表生成式寫不出來,但是,用函數把它打印出來卻很容易:

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,賦值語句:

a, b = b, a + b

相當於:

t = (b, a + b)  # t是一個tuple
a = t[0]
b = t[1]

神器:不必顯式寫出臨時變量就可以賦值。

上面的函數可以輸出斐波那契數列的前N個數:

fib(6)

仔細觀察,可以看出,fib函數實際上是定義了斐波拉契數列的推算規則,可以從第一個元素開始,推算出後續任意的元素,這種邏輯其實非常類似generator,但不是generator。

把fib函數變成generator,只需要把print(b)改為yield b就可以了:

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'

這就是定義generator的另一種方法。如果一個函數定義中包含yield關鍵字,那麼這個函數就不再是一個普通函數,而是一個generator:

f = fib(6)

<generator object fib at 0x104feaaa0>

生成器的執行流程

最難理解的就是generator和函數的執行流程不一樣。函數是順序執行,遇到return語句或者最後一行函數語句就返回。而變成generator的函數,在每次調用next()的時候執行,遇到yield語句返回,再次執行時從上次返回的yield語句處繼續執行。

舉個簡單的例子,定義一個generator,依次返回數字1,3,5:

def odd():
    print('step 1')
    yield 1
    print('step 2')
    yield(3)
    print('step 3')
    yield(5)

調用該generator時,首先要生成一個generator對象,然後用next()函數不斷獲得下一個返回值:

 o = odd()
next(o)
#step 1
#1
next(o)
#step 2
#3
next(o)
#step 3
#5
next(o)
#Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>StopIteration

可以看到,odd不是普通函數,而是generator,在執行過程中,遇到yield就中斷,下次又繼續執行。執行3次yield後,已經沒有yield可以執行了,所以,第4次調用next(o)就報錯。把函數改成generator後,基本上從來不會用next()來獲取下一個返回值,而是直接使用for循環來迭代:

 for n in fib(6):
   print(n)


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