python 迭代器与生成器

不问归期 提交于 2019-12-03 03:22:33

参考:
1.http://python.jobbole.com/81916/
2.http://blog.csdn.net/bluebird_237/article/details/38894617
3.http://www.runoob.com/python3/python3-iterator-generator.html

迭代器

先了解几个概念:

可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象(Iterable)。

可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器(Iterator)。

所有的Iterable均可以通过内置函数iter()来转变为Iterator。

对于迭代器而言,通过next()函数实现“迭代”这一概念,在使用for in语句的时候,程序就会自动调用即将被处理的对象的迭代器对象,然后使用它的next方法,当长度超过了迭代器长度时,就会报StopIteration的异常。

>>> a=[1,2,3]
>>> for i in a:
...     print(i)
...
1
2
3
>>> next(a)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: list object is not an iterator
>>> I=iter(a)
>>> for i in I:
...     print i
...
1
2
3
>>> next(I)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

有以下结论:
1.内置函数iter()仅仅是调用了对象的iter()方法,所以list对象内部一定存在方法iter()

2.内置函数next()仅仅是调用了对象的next()方法,所以list对象内部一定不存在方法next__(),但是Itrator中一定存在这个方法

3.for循环内部事实上就是先调用iter()把Iterable变成Iterator在进行循环迭代的

可以通过下面这个例子进一步说明:

>>> a=[1,2,3]
>>> I=a.__iter__()
>>> a.next()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'list' object has no attribute 'next'
>>> I.next()
1
>>> from collections import Iterator, Iterable
>>> isinstance(a,Iterator)
False
>>> isinstance(a,Iterable)
True
>>> isinstance(I,Iterable)
True
>>> isinstance(I,Iterator)
True

4.Iterator继承自Iterable,从下面的测试中可以很方便的看到Iterator包含iter()和next()方法,而Iteratble仅仅包含iter()。

>>> from collections import Iterator, Iterable
>>> help(Iterator)
Help on class Iterator:

class Iterator(Iterable)
 |  Method resolution order:
 |      Iterator
 |      Iterable
 |      builtins.object   
 |**注解:从这里可以看出Iterable继承自object, Iterator继承自Iterable。
 |  Methods defined here:
 |
 |  __iter__(self)
 |
 |  __next__(self)
 |      Return the next item from the iterator. When exhausted, raise StopIteration
......
>>> help(Iterable)
Help on class Iterable:

class Iterable(builtins.object)
 |  Methods defined here:
 |
 |  __iter__(self)
......

还有一个需要注意的地方,那就是迭代器是一次性消耗品,使用完了就无法倒退,因此如果需要多次使用需要进行复制。

>>> I=iter([1,2,3])
>>> for i in I:
...     pass
...
#此时迭代器I已消耗完
>>> next(L)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'L' is not defined
#然而一开始的复制并没有起作用

如何解决呢?
python2.x似乎只能通过重新生成来实现

生成器

在讲生成器之前,我们先讲讲如何使得自己自定义的类变为Iterable
通过help(iter)查看一下:

iter(...)
    iter(collection) -> iterator
    iter(callable, sentinel) -> iterator

    Get an iterator from an object. 
    In the first form, the argument must supply its own iterator, or be a sequence.
    In the second form, the callable is called until it returns the sentinel.

从说明中我们可以看出,直接使用iter函数返回迭代器,需要对象能调用自身的iter函数得到iterator或者是一个序列(序列化)。

序列化相关的内容,博主还不太了解以后学习深入了可以回来补一下。
在不做序列化处理的条件下,实现自定义类的可iter(),需要自己实现iter()函数。

class Iterable:
    def __iter__(self):
        return Iterator()

class Iterator:
    def __init__(self):
        self.start=-1
    def next(self):
        self.start +=2
        return self.start

I = Iterable()
for count, i in zip(range(5),I):  
    print(i)
输出:13579

上面的代码中也可以将两个类合在一起写,这到无关紧要。

到目前为止,我们得到迭代器都是通过iter()函数转化原对象为iterator,并调用next方法实现迭代操作。
如果我们只是单纯的想做一些迭代的操作(可以节省内存),如不断去计算类里面一些值并结果,而不想把它当做类的next()方法又该如何呢?
这个时候就需要生成器了。

在 Python 中,使用了 yield 的函数被称为生成器(generator)。
跟普通函数不同的是,生成器是一个返回迭代器的函数,只能用于迭代操作。
在调用生成器运行的过程中,每次遇到 yield 时函数会暂停并保存当前所有的运行信息,返回yield的值。并在下一次执行 next()方法时从当前位置继续运行。
举个例子,我们希望有一个基于菲波那切数列的循环操作
1.通过控制条件,实现变量的斐波那契额变化
这样说可以实现的,但是复用性太差,每次如果操作改了都得重新再做一次菲波那切变化,并写函数体

2.获得这样一个菲波那切数列并通过for in迭代,但是如果该数列较大,占用内存也较大

3.得到一个可迭代对象,next()函数符合菲波那切变化
这样的一种方式比较好,如果通过之前的说法我们最起码得自定义一个类实现next()方法,但这样的工作实在没必要,为此python通过yield实现了将所需函数转化为对应next()函数,并返回iterator对象的操作,这样一来相当于你只需要写next()函数的内容便可以轻松得到自定义的迭代器。

def fibonacci(n): # 生成器函数 - 斐波那契
    a, b, counter = 0, 1, 0
    while True:
        if (counter > n): 
            return
        yield a
        a, b = b, a + b
        counter += 1
f = fibonacci(10) # f 是一个迭代器,由生成器返回生成

while True:
    try:
        print next(f)
    except StopIteration:
        print("done")
        break
输出:0,1,1,2,3,5,8,13,21,34,55
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