• Python yield 使用浅析(转)


    add by zhj: 说到yield,就要说说迭代器、生成器、生成器函数。

    迭代器:其实就是一个可迭代对象,书上说迭代器,我个人不喜欢这个说法,有点晦涩。可迭代对象基本上可以认为是有__iter__()和next()方法的对象,尽管这个定义并不严谨。

    生成器:其实也是一个可迭代对象,但它是一种特殊的可迭代对象(即特殊的迭代器)。它的特殊性在于它是通过中断的形式实现next(),无需对象本身保存状态,另外生成器还有

               send(),throw()等方法,这是迭代器没有的。迭代器是调用next()方法后就直接return了,状态需程序员保存在迭代器对象中,下次再调用时知道从哪里开始。而生成器

               调用next()方法时,遇到yield返回,并产生中断,保存状态,这样程序员就不需要对象自己保存状态。为什么Python要有生成器呢?当函数返回的是一个特别大的序列

               时,这个序列是非常占内存的,yield和生成器也因此而生,生成器在迭代时每次生成一个数据,这样内存的消耗就很小。不过,生成器遍历完后就不能再遍历了,无法恢复

               到初始状态。这也算是生成器的一个缺点吧,不知道以后能不能改进。在itertools模块中有很多方法用于迭代器,其中tee可以复制一个迭代器,但复制后原始的迭代器貌

               似不能用了。另外,对生成器的索引貌似也没有太好的办法,切片索引后对原生成器是有影响的。

               因此,生成器的应用场合为:生成的序列比较大,且不需要通过索引访问该序列时,用生成器比较方便。

    生成器函数:首先,它是一个函数,它跟其它函数唯一不同的是,它里面有yield语句,当调用该函数时,返回的是一个生成器。我们可以通过将yield用print

               替换来理解yield。

    >>> def fab(max):
                 n,a,b=0,0,1
                 while n<max:
                     yield b
                     a,b=b,a+b
                     n=n+1
          
    >>> a = fab(5)
    >>> type(fab)
    <type 'function'>
    >>> type(a)
    <type 'generator'>

    原文:https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-python-yield/

    您可能听说过,带有 yield 的函数在 Python 中被称之为 generator(生成器),何谓 generator ?

    我们先抛开 generator,以一个常见的编程题目来展示 yield 的概念。

    如何生成斐波那契數列

    斐波那契(Fibonacci)數列是一个非常简单的递归数列,除第一个和第二个数外,任意一个数都可由前两个数相加得到。用计算机程序输出斐波那契數列的前 N 个数是一个非常简单的问题,许多初学者都可以轻易写出如下函数:

    清单 1. 简单输出斐波那契數列前 N 个数
     def fab(max): 
        n, a, b = 0, 0, 1 
        while n < max: 
            print b 
            a, b = b, a + b 
            n = n + 1

    执行 fab(5),我们可以得到如下输出:

     >>> fab(5) 
     1 
     1 
     2 
     3 
     5

    结果没有问题,但有经验的开发者会指出,直接在 fab 函数中用 print 打印数字会导致该函数可复用性较差,因为 fab 函数返回 None,其他函数无法获得该函数生成的数列。

    要提高 fab 函数的可复用性,最好不要直接打印出数列,而是返回一个 List。以下是 fab 函数改写后的第二个版本:

    清单 2. 输出斐波那契數列前 N 个数第二版
     def fab(max): 
        n, a, b = 0, 0, 1 
        L = [] 
        while n < max: 
            L.append(b) 
            a, b = b, a + b 
            n = n + 1 
        return L

    可以使用如下方式打印出 fab 函数返回的 List:

     >>> for n in fab(5): 
     ...     print n 
     ... 
     1 
     1 
     2 
     3 
     5

    改写后的 fab 函数通过返回 List 能满足复用性的要求,但是更有经验的开发者会指出,该函数在运行中占用的内存会随着参数 max 的增大而增大,如果要控制内存占用,最好不要用 List

    来保存中间结果,而是通过 iterable 对象来迭代。例如,在 Python2.x 中,代码:

    清单 3. 通过 iterable 对象来迭代
     for i in range(1000): pass

    会导致生成一个 1000 个元素的 List,而代码:

     for i in xrange(1000): pass

    则不会生成一个 1000 个元素的 List,而是在每次迭代中返回下一个数值,内存空间占用很小。因为 xrange 不返回 List,而是返回一个 iterable 对象。

    利用 iterable 我们可以把 fab 函数改写为一个支持 iterable 的 class,以下是第三个版本的 Fab:

    清单 4. 第三个版本
     class Fab(object): 
    
        def __init__(self, max): 
            self.max = max 
            self.n, self.a, self.b = 0, 0, 1 
    
        def __iter__(self): 
            return self 
    
        def next(self): 
            if self.n < self.max: 
                r = self.b 
                self.a, self.b = self.b, self.a + self.b 
                self.n = self.n + 1 
                return r 
            raise StopIteration()

    Fab 类通过 next() 不断返回数列的下一个数,内存占用始终为常数:

     >>> for n in Fab(5): 
     ...     print n 
     ... 
     1 
     1 
     2 
     3 
     5

    然而,使用 class 改写的这个版本,代码远远没有第一版的 fab 函数来得简洁。如果我们想要保持第一版 fab 函数的简洁性,同时又要获得 iterable 的效果,yield 就派上用场了:

    清单 5. 使用 yield 的第四版
     def fab(max): 
        n, a, b = 0, 0, 1 
        while n < max: 
            yield b 
            # print b 
            a, b = b, a + b 
            n = n + 1 
    
    '''

    第四个版本的 fab 和第一版相比,仅仅把 print b 改为了 yield b,就在保持简洁性的同时获得了 iterable 的效果。

    调用第四版的 fab 和第二版的 fab 完全一致:

     >>> for n in fab(5): 
     ...     print n 
     ... 
     1 
     1 
     2 
     3 
     5

    简单地讲,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,调用 fab(5) 不会执行 fab 函数,而是返回一个 iterable 对象!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。

    也可以手动调用 fab(5) 的 next() 方法(因为 fab(5) 是一个 generator 对象,该对象具有 next() 方法),这样我们就可以更清楚地看到 fab 的执行流程:

    清单 6. 执行流程
     >>> f = fab(5) 
     >>> f.next() 
     1 
     >>> f.next() 
     1 
     >>> f.next() 
     2 
     >>> f.next() 
     3 
     >>> f.next() 
     5 
     >>> f.next() 
     Traceback (most recent call last): 
      File "<stdin>", line 1, in <module> 
     StopIteration

    当函数执行结束时,generator 自动抛出 StopIteration 异常,表示迭代完成。在 for 循环里,无需处理 StopIteration 异常,循环会正常结束。

    我们可以得出以下结论:

    一 个带有 yield 的函数就是一个 generator,它和普通函数不同,生成一个 generator 看起来像函数调用,但不会执行任何函数代码,直到对其调用 next()(在 for 循环中会自动调用 next())才开始执行。虽然执行流程仍按函数的流程执行,但每执行到一个 yield 语句就会中断,并返回一个迭代值,下次执行时从 yield 的下一个语句继续执行。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 的好处是显而易见的,把一个函数改写为一个 generator 就获得了迭代能力,比起用类的实例保存状态来计算下一个 next() 的值,不仅代码简洁,而且执行流程异常清晰。

    如何判断一个函数是否是一个特殊的 generator 函数?可以利用 isgeneratorfunction 判断:

    清单 7. 使用 isgeneratorfunction 判断
     >>> from inspect import isgeneratorfunction 
     >>> isgeneratorfunction(fab) 
     True

    要注意区分 fab 和 fab(5),fab 是一个 generator function,而 fab(5) 是调用 fab 返回的一个 generator,好比类的定义和类的实例的区别:

    清单 8. 类的定义和类的实例
     >>> import types 
     >>> isinstance(fab, types.GeneratorType) 
     False 
     >>> isinstance(fab(5), types.GeneratorType) 
     True

    fab 是无法迭代的,而 fab(5) 是可迭代的:

     >>> from collections import Iterable 
     >>> isinstance(fab, Iterable) 
     False 
     >>> isinstance(fab(5), Iterable) 
     True

    每次调用 fab 函数都会生成一个新的 generator 实例,各实例互不影响:

     >>> f1 = fab(3) 
     >>> f2 = fab(5) 
     >>> print 'f1:', f1.next() 
     f1: 1 
     >>> print 'f2:', f2.next() 
     f2: 1 
     >>> print 'f1:', f1.next() 
     f1: 1 
     >>> print 'f2:', f2.next() 
     f2: 1 
     >>> print 'f1:', f1.next() 
     f1: 2 
     >>> print 'f2:', f2.next() 
     f2: 2 
     >>> print 'f2:', f2.next() 
     f2: 3 
     >>> print 'f2:', f2.next() 
     f2: 5

    return 的作用

    在一个 generator function 中,如果没有 return,则默认执行至函数完毕,如果在执行过程中 return,则直接抛出 StopIteration 终止迭代。

    另一个例子

    另一个 yield 的例子来源于文件读取。如果直接对文件对象调用 read() 方法,会导致不可预测的内存占用。好的方法是利用固定长度的缓冲区来不断读取文件内容。通过 yield,我们不再需要编写读文件的迭代类,就可以轻松实现文件读取:

    清单 9. 另一个 yield 的例子
     def read_file(fpath): 
        BLOCK_SIZE = 1024 
        with open(fpath, 'rb') as f: 
            while True: 
                block = f.read(BLOCK_SIZE) 
                if block: 
                    yield block 
                else: 
                    return

    以上仅仅简单介绍了 yield 的基本概念和用法,yield 在 Python 3 中还有更强大的用法,我们会在后续文章中讨论。

    注:本文的代码均在 Python 2.7 中调试通过

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