Python筆記003-生成器和生成器表達(dá)式
以下是我學(xué)習(xí)《流暢的Python》后的個(gè)人筆記，現(xiàn)在拿出來(lái)和大家共享，希望能幫到各位Python學(xué)習(xí)者。
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本篇主要知識(shí)點(diǎn)：
-
生成器使用yield做關(guān)鍵字，一次只返回一個(gè)值給調(diào)用者，然后暫停執(zhí)行，其作用是：節(jié)省內(nèi)存空間。
-
生成器可以用next()函數(shù)，也可以用for迭代的方式獲取元素值，中間還可以用close()來(lái)隨時(shí)終止生成器。
-
生成器表達(dá)式可以認(rèn)為是一種特殊的生成器，其代碼更簡(jiǎn)潔，更容易理解，且和別的函數(shù)結(jié)合會(huì)更加靈活。
1. 生成器
生成器是Python中一個(gè)特殊的程序，用于控制循環(huán)的迭代行為。相對(duì)于一般函數(shù)用return來(lái)一次性返回所有值，生成器使用yield關(guān)鍵字，一次只返回一個(gè)值。
這樣的設(shè)計(jì)有很大的好處：在數(shù)據(jù)處理時(shí)，如果函數(shù)return出來(lái)的是一個(gè)非常大的數(shù)組，那么會(huì)非常占用內(nèi)存，有時(shí)會(huì)報(bào)MemoryError的錯(cuò)誤，而使用yield后一次僅僅返回一個(gè)元素值，可以優(yōu)化內(nèi)存占用的情況。
從這種角度來(lái)講，生成器函數(shù)每一次調(diào)用都返回一個(gè)元素值，這種特性使得生成器長(zhǎng)得像函數(shù)，但行為卻像迭代器。
def
squares
(
x
)
:
# 計(jì)算0-x的所有數(shù)的平方
# return [i*i for i in range(x)] # 普通寫法，一次返回一個(gè)list，包含所有元素
for
i
in
range
(
x
)
:
yield
i
*
i
# 生成器：一次只返回一個(gè)值
print
(
squares
(
5
)
)
#
生成器并不像一般的函數(shù)，它返回一個(gè)值后，生成器函數(shù)會(huì)自動(dòng)掛起，等到下一次調(diào)用時(shí)（使用其內(nèi)部成員方法
__next__
來(lái)實(shí)現(xiàn)），再返回到這個(gè)函數(shù)中繼續(xù)執(zhí)行。
所以要想獲取生成器的元素值，需要通過(guò)成員方法next()來(lái)進(jìn)行，比如：
square_five
=
squares
(
5
)
print
(
next
(
square_five
)
)
# 0
print
(
next
(
square_five
)
)
# 1
print
(
next
(
square_five
)
)
# 4
print
(
next
(
square_five
)
)
# 9
print
(
next
(
square_five
)
)
# 16
print
(
next
(
square_five
)
)
# 報(bào)錯(cuò)：StopIteration: 超過(guò)yield的所有元素
next()函數(shù)每次執(zhí)行時(shí)，都會(huì)繼續(xù)執(zhí)行掛起的生成器函數(shù)，直到執(zhí)行完畢。
生成器的這種特點(diǎn)被稱為"延遲計(jì)算"或"惰性求值(Lazy evaluation)"，可以有效的節(jié)省內(nèi)存。惰性求值實(shí)際上是體現(xiàn)了協(xié)同程序的思想。
雖然生成器的這種行為類似于迭代器，但兩者有較大差別，迭代器不具備這種執(zhí)行-暫停-再執(zhí)行-再暫停的特性，所以迭代器不具有延遲計(jì)算，沒有協(xié)同程序的思想。
使用延遲計(jì)算后，可以極大的節(jié)省內(nèi)存，比如對(duì)大文件進(jìn)行讀取操作時(shí)，可以用下列生成器方法：
## 讀取大文件的生成器方法：
def
load_big_file
(
file_path
)
:
BLOCK_SIZE
=
1024
with
open
(
file_path
,
'rb'
)
as
f
:
while
True
:
block
=
f
.
read
(
BLOCK_SIZE
)
if
block
:
yield
block
# 一次只加載一個(gè)block到內(nèi)存中，避免MemoryError
else
:
return
生成器除了用next()函數(shù)來(lái)處理之外，還可以用close()來(lái)隨時(shí)退出生成器。如下代碼：
## 使用close()可以隨時(shí)退出生成器
square_five
=
squares
(
5
)
print
(
next
(
square_five
)
)
# 0
print
(
next
(
square_five
)
)
# 1
print
(
next
(
square_five
)
)
# 4
square_five
.
close
(
)
# 退出生成器
print
(
next
(
square_five
)
)
# Error: StopIteration:
print
(
next
(
square_five
)
)
# Error: StopIteration:
2. 生成器表達(dá)式
從形式上來(lái)看，生成器表達(dá)式和列表推導(dǎo)式很像，僅僅是將列表推導(dǎo)式中的[]替換為()，但是兩者差別挺大，生成器表達(dá)式可以說(shuō)組合了迭代功能和列表解析功能。
生成器表達(dá)式可以認(rèn)為是一種特殊的生成器函數(shù)，類似于lambda表達(dá)式和普通函數(shù)。但是和生成器一樣，生成器表達(dá)式也是返回生成器generator對(duì)象，一次只返回一個(gè)值。
# 上面的squares函數(shù)可以改寫為：
# 列表推導(dǎo)式的寫法是：
squares_list
=
[
i
*
i
for
i
in
range
(
5
)
]
# 一次性返回整個(gè)list
print
(
'列表推導(dǎo)式：'
,
squares_list
)
# 列表推導(dǎo)式： [0, 1, 4, 9, 16]
# 生成器表達(dá)式：
squares2
=
(
i
*
i
for
i
in
range
(
5
)
)
# 生成器表達(dá)式一次返回一個(gè)值
print
(
'生成器表達(dá)式：'
,
squares2
)
# 生成器表達(dá)式：
print
(
next
(
squares2
)
)
# 0
print
(
next
(
squares2
)
)
# 1
print
(
next
(
squares2
)
)
# 4
生成器表達(dá)式是一種特殊的生成器，所以它也有生成器的特性，可以使用for循環(huán)來(lái)獲取元素值，for循環(huán)內(nèi)部自動(dòng)調(diào)用了next()函數(shù)來(lái)執(zhí)行。
# generator對(duì)象可以直接用for來(lái)獲取所有元素值
squares2
=
(
i
*
i
for
i
in
range
(
5
)
)
# 生成器表達(dá)式就是一個(gè)generator對(duì)象
for
i
in
squares2
:
print
(
'i: '
,
i
)
# 上面可以簡(jiǎn)寫為：
[
print
(
'i: '
,
i
)
for
i
in
(
i
*
i
for
i
in
range
(
5
)
)
]
生成器表達(dá)式如果作為某個(gè)函數(shù)的參數(shù)，則可以省略掉()，直接使用即可，eg:
## 如果生成器表達(dá)式整個(gè)作為某個(gè)函數(shù)的參數(shù)，可以省略掉()
max_value
=
max
(
i
*
i
for
i
in
range
(
5
)
)
# 計(jì)算生成器的所有元素中的最大值
print
(
max_value
)
# 16
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參考資料：
- 《流暢的Python》，Luciano Ramalho (作者) 安道 , 吳珂 (譯者)。
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