python生成器

知识内容:

1.列表生成式

2.生成器介绍

3.生成器函数

一、列表生成式

1.需求:  列表[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]，要求你把列表中的每个值都加1，你如何实现

实现上述需求其实不难，有如下两种方法

(1)普通青年版

>>> a = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> for index, i in enumerate(a):
...     a[index] += 1
...
>>> print(a)
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

(2)文艺青年版

>>> a = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> a = map(lambda x:x+1, a)
>>> a
<map object at 0x04CC38B0>
>>> for i in a:
...     print(i)
...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

其实还有第3种方法，如下:

(3)装逼青年版

>>> a = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> a = [i+1 for i in a]
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

这样的写法就叫列表生成式

2.列表生成式语法

(1)列表生成式使用非常简洁的方式来快速生成满足特定需求的列表，代码具有非常强的可读性，例如:

1 a = [x*x for x in range(10)]

上面的代码等价于:

1 a = []
2 for x in range(10):
3     a.append(x*x)

# # 以下3段代码等价:
# f = [' banana ', ' loganberry ', ' passion fruit ']
# a = [w.strip() for w in f]
# print(a)
#
# f = [' banana ', ' loganberry ', ' passion fruit ']
# for i, v in enumerate(f):
#     f[i] = v.strip()
# print(a)
#
# f = [' banana ', ' loganberry ', ' passion fruit ']
# f = list(map(str.strip, f))
# print(a)

(2)循环与列表生成式

# ======一层循环======
l = [i*i for i in range(1,10)]
print(l)
# 上面的列表推倒式就相当于下面的
l  = []
for i in range(1,10):
    l.append(i*i)
print(l)
l = []


# ======多层循环========
# 1.列表推倒式
l = [i*j for i in range(1,10) for j in range(1,10)]
print(l)
# 2.循环
l = []
for i in range(1,10):
    for j in range(1,10):
        s = i*j
        l.append(s)
print(l)

二、生成器介绍

1.生成器定义

通过列表生成式，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100万个元素的列表，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。

生成器的好处，就是一下子不会在内存中生成太多的数据

2.生成器的本质：就是一个迭代器

3.使用生成器

(1)创建生成器

创建生成器有两种方法: 生成器表达式和生成器函数，生成器表达式如下所示，生成器函数见后面详解

把列表生成式中的[]改成()就可以创建一个generator，这样来创建生成器的方法叫生成器表达式

>>> a = (i for i in range(10))
>>> a
<generator object <genexpr> at 0x03004F00>

(2)next函数

我们可以直接打印出list的每一个元素，但我们怎么打印出generator的每一个元素呢？

如果要一个一个打印出来，可以通过next()函数获得generator的下一个返回值：

>>> next(a)
0
>>> next(a)
1
>>> next(a)
2
>>> next(a)
3
>>> next(a)
4
>>> next(a)
5
>>>
>>> next(a)
6
>>> next(a)
7
>>>
>>> next(a)
8
>>> next(a)
9
>>> next(a)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

注:  generator保存的是算法，每次调用next(g)，就计算出g的下一个元素的值，直到计算到最后一个元素，没有更多的元素时，抛出StopIteration的错误!  因为生成器还是可迭代对象，所以遍历生成器我们依然使用for循环,我们创建了一个generator后，基本上永远不会调用next()，而是通过for循环来迭代它，并且不需要关心StopIteration的错误

(3)遍历生成器

for循环遍历:

>>> a = (i for i in range(10))
>>> for i in a:
...     print(i, end=" ")
...
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

 while循环遍历(结合异常处理):

s = (i for i in range(10))

while True:
    try:
        x = next(s)
        print(x)
    except StopIteration as e:
        print('Generator return value:', e.value)
        break

三、生成器函数

1.生成器函数实例

generator非常强大。如果推算的算法比较复杂，用类似列表生成式的for循环无法实现的时候，还可以用函数来实现。

比如，著名的斐波拉契数列（Fibonacci），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

斐波拉契数列用列表生成式写不出来，但是，用函数把它打印出来却很容易：

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print(b)
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return "OK"

仔细观察，可以看出，fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则，可以从第一个元素开始，推算出后续任意的元素，这种逻辑其实非常类似generator。也就是说，上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator，只需要把print(b)改为yield b就可以了：

def fib(max):
    n,a,b = 0,0,1

    while n < max:
        #print(b)
        yield  b
        a,b = b,a+b
        n += 1
    return "OK"

这就是定义generator的另一种方法。如果一个函数定义中包含yield关键字，那么这个函数就不再是一个普通函数，而是一个generator：

>>> f = fib(6)
>>> f
<generator object fib at 0x104feaaa0>

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

2.生成器函数定义

生成器函数是常规定义函数，但是，使用yield语句而不是return语句返回结果，yield语句一次返回一个结果。第一次调用生成器函数是生成了一个生成器，然后在每次调用next()的时候执行生成器函数，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

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        # print(b)
        print("before yield")
        yield b　　　　　　　　　　# 把函数的执行冻结在这一步，并把b的值返回给外面的next()
        print(b)
        a, b = b, a + b
        n += 1


f = fib(15)     # turn function into a generator
next(f)
next(f)
next(f)
next(f)

注: 只要函数中有yield，解释器就就会将其看作一个生成器！

3.关于range函数

在python2中range返回的是list，xrange返回的是生成器对象；而python3中只有range，没有xrange，并且在python3中range返回的是生成器对象

用生成器实现range函数:

def range_wyb(n):
    count = 0
    while count < n:
        # print(count)
        yield count
        count += 1


# range_wyb(12)
x = range_wyb(12)        # 创建一个生成器对象
print(x)
# next(x)
# next(x)
# next(x)
for i in x:                       # 遍历生成器
    print(i, end=" ")            

4.yield、return、next的区别

• return: 返回并终止函数
• yield: 返回数据并冻结当前的执行过程
• next:  唤醒冻结的函数执行过程，继续执行，直到遇到下一个yield

另外，函数有了yield之后:

• 函数名加上()就得到了一个生成器
• return在生成器里，代表生成器的中止，直接报错

5.总结

关于生成器：

• 只有在调用时才会生成值
• 只记录当前位置
• 可以用生成器表达式或生成器函数生成
• 只有一个__next__方法，next()
• 生成器也可以使用for循环

关于生成器函数：

• 语法上和函数类似
• 自动实现迭代器协议
• 状态挂起：通过yield实现状态挂起

生成器的优缺点：

优点：

延迟计算，一次返回一个结果，它不会一次生成所有的结果，这对于大数据处理非常有用

生成器还能有效提高代码可读性

6.单线程实现并行(协程)

# 通过生成器实现协程并行运算 (生成者消费者模型)
import time


def consumer(name):
    print("%s 准备吃包子啦!" % name)
    while True:
       baozi = yield            # 保存当前状态并返回
       print("包子[%s]来了,被[%s]吃了!" % (baozi, name))


c = consumer("woz")
c.__next__()
b1 = "猪肉馅"
c.send(b1)          # send->给yield传值


def producer(name):
    c = consumer('A')
    c2 = consumer('B')
    c.__next__()
    c2.__next__()
    print("%s开始准备做包子啦!" % name)
    for i in range(10):
        time.sleep(1)
        print("做了2个包子!")
        c.send(i)
        c2.send(i)


producer("Wyb")

注：消费函数调用后要next的原因：

消费函数调用是生成一个生成器，并未执行里面的代码，只有next之后才能执行里面的代码然后到yield返回