点击这里成为作者 · 更新于 2018-08-17 11:00:43

四、生成器

1、为什么需要生成器

通过上面的学习,可以知道列表生成式,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 1000 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。

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,更简单点理解生成器就是一个迭代器。

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。

那么如何创建一个生成器呢?

2、生成器的创建

最简单最简单的方法就是把一个列表生成式的 [] 改成 ()

# -*- coding: UTF-8 -*-
gen= (x * x for x in range(10))
print(gen)

输出的结果:

<generator object <genexpr> at 0x0000000002734A40>

创建 List 和 generator 的区别仅在于最外层的 []() 。但是生成器并不真正创建数字列表, 而是返回一个生成器,这个生成器在每次计算出一个条目后,把这个条目“产生” ( yield ) 出来。 生成器表达式使用了“惰性计算” ( lazy evaluation,也有翻译为“延迟求值”,我以为这种按需调用 call by need 的方式翻译为惰性更好一些),只有在检索时才被赋值( evaluated ),所以在列表比较长的情况下使用内存上更有效。

那么竟然知道了如何创建一个生成器,那么怎么查看里面的元素呢?

3、遍历生成器的元素

按我们的思维,遍历用 for 循环,对了,我们可以试试:

# -*- coding: UTF-8 -*-
gen= (x * x for x in range(10))

for num  in  gen :
    print(num)

没错,直接这样就可以遍历出来了。当然,上面也提到了迭代器,那么用 next() 可以遍历吗?当然也是可以的。

4、以函数的形式实现生成器

上面也提到,创建生成器最简单最简单的方法就是把一个列表生成式的 [] 改成 ()。为啥突然来个以函数的形式来创建呢?

其实生成器也是一种迭代器,但是你只能对其迭代一次。这是因为它们并没有把所有的值存在内存中,而是在运行时生成值。你通过遍历来使用它们,要么用一个“for”循环,要么将它们传递给任意可以进行迭代的函数和结构。而且实际运用中,大多数的生成器都是通过函数来实现的。那么我们该如何通过函数来创建呢?

先不急,来看下这个例子:

# -*- coding: UTF-8 -*-
def my_function():
    for i in range(10):
        print ( i )

my_function() 

输出的结果:

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

如果我们需要把它变成生成器,我们只需要把 print ( i ) 改为 yield i 就可以了,具体看下修改后的例子:

# -*- coding: UTF-8 -*-
def my_function():
    for i in range(10):
        yield i

print(my_function()) 

输出的结果:

<generator object my_function at 0x0000000002534A40>

但是,这个例子非常不适合使用生成器,发挥不出生成器的特点,生成器的最好的应用应该是:你不想同一时间将所有计算出来的大量结果集分配到内存当中,特别是结果集里还包含循环。因为这样会耗很大的资源。

比如下面是一个计算斐波那契数列的生成器:

# -*- coding: UTF-8 -*-
def fibon(n):
    a = b = 1
    for i in range(n):
        yield a
        a, b = b, a + b

# 引用函数
for x in fibon(1000000):
    print(x , end = ' ')

运行的效果:

计算斐波那契数列的生成器

你看,运行一个这么打的参数,也不会说有卡死的状态,因为这种方式不会使用太大的资源。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。

比如这个例子:

# -*- coding: UTF-8 -*-
def odd():
    print ( 'step 1' )
    yield ( 1 )
    print ( 'step 2' )
    yield ( 3 )
    print ( 'step 3' )
    yield ( 5 )

o = odd()
print( next( o ) ) 
print( next( o ) ) 
print( next( o ) ) 

输出的结果:

step 1
1
step 2
3
step 3
5

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,如果你继续打印 print( next( o ) ) ,就会报错的。所以通常在 generator 函数中都要对错误进行捕获。

5、打印杨辉三角

通过学习了生成器,我们可以直接利用生成器的知识点来打印杨辉三角:

# -*- coding: UTF-8 -*-
def triangles( n ):         # 杨辉三角形
    L = [1]
    while True:
        yield L
        L.append(0)
        L = [ L [ i -1 ] + L [ i ] for i in range (len(L))]

n= 0
for t in triangles( 10 ):   # 直接修改函数名即可运行
    print(t)
    n = n + 1
    if n == 10:
        break

输出的结果为:

[1]
[1, 1]
[1, 2, 1]
[1, 3, 3, 1]
[1, 4, 6, 4, 1]
[1, 5, 10, 10, 5, 1]
[1, 6, 15, 20, 15, 6, 1]
[1, 7, 21, 35, 35, 21, 7, 1]
[1, 8, 28, 56, 70, 56, 28, 8, 1]
[1, 9, 36, 84, 126, 126, 84, 36, 9, 1]