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深入理解Python中的生成器

2024/3/21 2:31:47发布23次查看
生成器(generator)概念
生成器不会把结果保存在一个系列中,而是保存生成器的状态,在每次进行迭代时返回一个值,直到遇到stopiteration异常结束。
生成器语法
生成器表达式: 通列表解析语法,只不过把列表解析的[]换成()
生成器表达式能做的事情列表解析基本都能处理,只不过在需要处理的序列比较大时,列表解析比较费内存。
>>> gen = (x**2 for x in range(5))
>>> gen
<generator object <genexpr> at 0x0000000002fb7b40>
>>> for g in gen:
...   print(g, end='-')
...
0-1-4-9-16-
>>> for x in [0,1,2,3,4,5]:
...   print(x, end='-')
...
0-1-2-3-4-5-
生成器函数: 在函数中如果出现了yield关键字,那么该函数就不再是普通函数,而是生成器函数。
但是生成器函数可以生产一个无线的序列,这样列表根本没有办法进行处理。
yield 的作用就是把一个函数变成一个 generator,带有 yield 的函数不再是一个普通函数,python 解释器会将其视为一个 generator。
下面为一个可以无穷生产奇数的生成器函数。
def odd():
   n=1
   while true:
       yield n
       n+=2
odd_num = odd()
count = 0
for o in odd_num:
   if count >=5: break
   print(o)
   count +=1
当然通过手动编写迭代器可以实现类似的效果,只不过生成器更加直观易懂
class iter:
   def __init__(self):
       self.start=-1
   def __iter__(self):
       return self
   def __next__(self):
       self.start +=2
       return self.start
i = iter()
for count in range(5):
   print(next(i))
题外话: 生成器是包含有__iter()和next__()方法的,所以可以直接使用for来迭代,而没有包含stopiteration的自编iter来只能通过手动循环来迭代。
>>> from collections import iterable
>>> from collections import iterator
>>> isinstance(odd_num, iterable)
true
>>> isinstance(odd_num, iterator)
true
>>> iter(odd_num) is odd_num
true
>>> help(odd_num)
help on generator object:
odd = class generator(object)
|  methods defined here:
|
|  __iter__(self, /)
|      implement iter(self).
|
|  __next__(self, /)
|      implement next(self).
......
看到上面的结果,现在你可以很有信心的按照iterator的方式进行循环了吧!
在 for 循环执行时,每次循环都会执行 fab 函数内部的代码,执行到 yield b 时,fab 函数就返回一个迭代值,下次迭代时,代码从 yield b 的下一条语句继续执行,而函数的本地变量看起来和上次中断执行前是完全一样的,于是函数继续执行,直到再次遇到 yield。看起来就好像一个函数在正常执行的过程中被 yield 中断了数次,每次中断都会通过 yield 返回当前的迭代值。
yield 与 return
在一个生成器中,如果没有return,则默认执行到函数完毕时返回stopiteration;
>>> def g1():
...     yield 1
...
>>> g=g1()
>>> next(g)    #第一次调用next(g)时,会在执行完yield语句后挂起,所以此时程序并没有执行结束。
1
>>> next(g)    #程序试图从yield语句的下一条语句开始执行,发现已经到了结尾,所以抛出stopiteration异常。
traceback (most recent call last):
 file <stdin>, line 1, in <module>
stopiteration
>>>
如果遇到return,如果在执行过程中 return,则直接抛出 stopiteration 终止迭代。
>>> def g2():
...     yield 'a'
...     return
...     yield 'b'
...
>>> g=g2()
>>> next(g)    #程序停留在执行完yield 'a'语句后的位置。
'a'
>>> next(g)    #程序发现下一条语句是return,所以抛出stopiteration异常,这样yield 'b'语句永远也不会执行。
traceback (most recent call last):
 file <stdin>, line 1, in <module>
stopiteration
如果在return后返回一个值,那么这个值为stopiteration异常的说明,不是程序的返回值。
生成器没有办法使用return来返回值。
>>> def g3():
...     yield 'hello'
...     return 'world'
...
>>> g=g3()
>>> next(g)
'hello'
>>> next(g)
traceback (most recent call last):
 file <stdin>, line 1, in <module>
stopiteration: world
生成器支持的方法
>>> help(odd_num)
help on generator object:
odd = class generator(object)
|  methods defined here:
......
|  close(...)
|      close() -> raise generatorexit inside generator.
|
|  send(...)
|      send(arg) -> send 'arg' into generator,
|      return next yielded value or raise stopiteration.
|
|  throw(...)
|      throw(typ[,val[,tb]]) -> raise exception in generator,
|      return next yielded value or raise stopiteration.
......
close()
手动关闭生成器函数,后面的调用会直接返回stopiteration异常。
>>> def g4():
...     yield 1
...     yield 2
...     yield 3
...
>>> g=g4()
>>> next(g)
1
>>> g.close()
>>> next(g)    #关闭后,yield 2和yield 3语句将不再起作用
traceback (most recent call last):
 file <stdin>, line 1, in <module>
stopiteration
send()
生成器函数最大的特点是可以接受外部传入的一个变量,并根据变量内容计算结果后返回。
这是生成器函数最难理解的地方,也是最重要的地方,实现后面我会讲到的协程就全靠它了。
def gen():
   value=0
   while true:
       receive=yield value
       if receive=='e':
           break
       value = 'got: %s' % receive
g=gen()
print(g.send(none))    
print(g.send('aaa'))
print(g.send(3))
print(g.send('e'))
执行流程:
通过g.send(none)或者next(g)可以启动生成器函数,并执行到第一个yield语句结束的位置。
此时,执行完了yield语句,但是没有给receive赋值。
yield value会输出初始值0
注意:在启动生成器函数时只能send(none),如果试图输入其它的值都会得到错误提示信息。
通过g.send('aaa'),会传入aaa,并赋值给receive,然后计算出value的值,并回到while头部,执行yield value语句有停止。
此时yield value会输出got: aaa,然后挂起。
通过g.send(3),会重复第2步,最后输出结果为got: 3
当我们g.send('e')时,程序会执行break然后推出循环,最后整个函数执行完毕,所以会得到stopiteration异常。
最后的执行结果如下:
0
got: aaa
got: 3
traceback (most recent call last):
file h.py, line 14, in <module>
 print(g.send('e'))
stopiteration
throw()
用来向生成器函数送入一个异常,可以结束系统定义的异常,或者自定义的异常。
throw()后直接跑出异常并结束程序,或者消耗掉一个yield,或者在没有下一个yield的时候直接进行到程序的结尾。
def gen():
   while true:
       try:
           yield 'normal value'
           yield 'normal value 2'
           print('here')
       except valueerror:
           print('we got valueerror here')
       except typeerror:
           break
g=gen()
print(next(g))
print(g.throw(valueerror))
print(next(g))
print(g.throw(typeerror))
输出结果为:
normal value
we got valueerror here
normal value
normal value 2
traceback (most recent call last):
 file h.py, line 15, in <module>
   print(g.throw(typeerror))
stopiteration
解释:
print(next(g)):会输出normal value,并停留在yield 'normal value 2'之前。
由于执行了g.throw(valueerror),所以会跳过所有后续的try语句,也就是说yield 'normal value 2'不会被执行,然后进入到except语句,打印出we got valueerror here。
然后再次进入到while语句部分,消耗一个yield,所以会输出normal value。
print(next(g)),会执行yield 'normal value 2'语句,并停留在执行完该语句后的位置。
g.throw(typeerror):会跳出try语句,从而print('here')不会被执行,然后执行break语句,跳出while循环,然后到达程序结尾,所以跑出stopiteration异常。
下面给出一个综合例子,用来把一个多维列表展开,或者说扁平化多维列表)
def flatten(nested):
try:
       #如果是字符串,那么手动抛出typeerror。
       if isinstance(nested, str):
           raise typeerror
       for sublist in nested:
           #yield flatten(sublist)
           for element in flatten(sublist):
               #yield element
               print('got:', element)
   except typeerror:
       #print('here')
       yield nested
l=['aaadf',[1,2,3],2,4,[5,[6,[8,[9]],'ddf'],7]]
for num in flatten(l):
   print(num)
如果理解起来有点困难,那么把print语句的注释打开在进行查看就比较明了了。
yield from
yield产生的函数就是一个迭代器,所以我们通常会把它放在循环语句中进行输出结果。
有时候我们需要把这个yield产生的迭代器放在另一个生成器函数中,也就是生成器嵌套。
比如下面的例子:
def inner():
   for i in range(10):
       yield i
def outer():
   g_inner=inner()    #这是一个生成器
   while true:
       res = g_inner.send(none)
       yield res
g_outer=outer()
while true:
   try:
       print(g_outer.send(none))
   except stopiteration:
       break
此时,我们可以采用yield from语句来减少我么你的工作量。
def outer2():
   yield from inner()
当然 ,yield from语句的重点是帮我们自动处理内外层之间的异常问题,这里有2篇写的很好的文章,所以我就不再啰嗦了。
http://blog.theerrorlog.com/yield-from-in-python-3.html
http://stackoverflow.com/questions/9708902/in-practice-what-are-the-main-uses-for-the-new-yield-from-syntax-in-python-3
总结
按照鸭子模型理论,生成器就是一种迭代器,可以使用for进行迭代。
第一次执行next(generator)时,会执行完yield语句后程序进行挂起,所有的参数和状态会进行保存。
再一次执行next(generator)时,会从挂起的状态开始往后执行。
在遇到程序的结尾或者遇到stopiteration时,循环结束。
可以通过generator.send(arg)来传入参数,这是协程模型。
可以通过generator.throw(exception)来传入一个异常。throw语句会消耗掉一个yield。
可以通过generator.close()来手动关闭生成器。
next()等价于send(none)
 以上就是深入理解python中的生成器的内容。
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