Python生成器(Generator)详解
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)。
简单生成器
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*xforxinrange(10)] >>>L [0,1,4,9,16,25,36,49,64,81] >>>g=(x*xforxinrange(10)) >>>g <generatorobject<genexpr>at0x104feab40>
创建L和g的区别仅在于最外层的[]和(),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generator的next()方法:
>>>g.next() 0 >>>g.next() 1 >>>g.next() 4 >>>g.next() 9 >>>g.next() 16 >>>g.next() 25 >>>g.next() 36 >>>g.next() 49 >>>g.next() 64 >>>g.next() 81 >>>g.next() Traceback(mostrecentcalllast): File"<stdin>",line1,in<module> StopIteration
我们讲过,generator保存的是算法,每次调用next(),就计算出下一个元素的值,直到计算到最后一个元素,没有更多的元素时,抛出StopIteration的错误。
当然,上面这种不断调用next()方法实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:
>>>g=(x*xforxinrange(10)) >>>forning: ... printn ... 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81
所以,我们创建了一个generator后,基本上永远不会调用next()方法,而是通过for循环来迭代它。
带yield语句的生成器
仔细观察,可以看出,fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则,可以从第一个元素开始,推算出后续任意的元素,这种逻辑其实非常类似generator。
也就是说,上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator,只需要把printb改为yieldb就可以了:
deffib(max): n,a,b=0,0,1 whilen<max: yieldb a,b=b,a+b n=n+1
这就是定义generator的另一种方法。如果一个函数定义中包含yield关键字,那么这个函数就不再是一个普通函数,而是一个generator:
>>>fib(6) <generatorobjectfibat0x104feaaa0>
这里,最难理解的就是generator和函数的执行流程不一样。函数是顺序执行,遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。而变成generator的函数,在每次调用next()的时候执行,遇到yield语句返回,再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。
举个简单的例子,定义一个generator,依次返回数字1,3,5:
>>>defodd(): ... print'step1' ... yield1 ... print'step2' ... yield3 ... print'step3' ... yield5 ... >>>o=odd() >>>o.next() step1 1 >>>o.next() step2 3 >>>o.next() step3 5 >>>o.next() Traceback(mostrecentcalllast): File"<stdin>",line1,in<module> StopIteration
可以看到,odd不是普通函数,而是generator,在执行过程中,遇到yield就中断,下次又继续执行。执行3次yield后,已经没有yield可以执行了,所以,第4次调用next()就报错。
回到fib的例子,我们在循环过程中不断调用yield,就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环,不然就会产生一个无限数列出来。
同样的,把函数改成generator后,我们基本上从来不会用next()来调用它,而是直接使用for循环来迭代:
>>>forninfib(6): ... printn ... 1 1 2 3 5 8
加强的生成器
在python2.5中,一些加强特性加入到生成器中,所以除了next()来获得下个生成的值,用户可以将值回送给生成器[send()],在生成器中抛出异常,以及要求生成器退出[close()]
defgen(x): count=x whileTrue: val=(yieldcount) ifvalisnotNone: count=val else: count+=1
f=gen(5) printf.next() printf.next() printf.next() print'====================' printf.send(9)#发送数字9给生成器 printf.next() printf.next()