• Day4-Python3基础-装饰器、迭代器


       今日内容:

    1、高阶函数

    2、嵌套函数

    3、装饰器

    4、生成器

    5、迭代器

    1、高阶函数

             定义:

                    a:把一个函数名当作实参传给函数

                        a:返回值包含函数名(不修改函数的调用方式)

    import time
    def test1():
        time.sleep(3)
        print('in the test1')
    
    
    def func(fun):
        start_time=time.time()
        fun()
        stop_time=time.time()
        print("fun use time:%s" %(stop_time-start_time))
    
    func(test1)
    View Code

    2、嵌套函数

    def foo():
        print('in the foo')
        def bar():
            print('in the bar')
    
        bar()
    foo()
    View Code

    函数调用

     1 import time
     2 def test1():
     3     time.sleep(3)
     4     print('in the test1')
     5 
     6 
     7 def func():
     8     test1()
     9     
    10    
    11 func()
    View Code

    3、装饰器

    定义:本质是函数,(装饰其他函数)就是为其它函数添加附加功能。

    原则:1、不能修改被装饰器函数的源代码

                  2、不能修改被装饰函数的调用方式

    函数即“变量”

    高阶函数 + 嵌套函数  ----》装饰器

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    3、生成器

    列表生成式

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

    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。

    要创建一个generator,有很多种方法。第一种方法很简单,只要把一个列表生成式的[]改成(),就创建了一个generator

    >>> L = [x * x for x in range(10)]
    >>> L
    [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
    >>> g = (x * x for x in range(10))
    >>> g
    <generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

    创建Lg的区别仅在于最外层的[]()L是一个list,而g是一个generator。

    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(g)
    0
    >>> next(g)
    1
    >>> next(g)
    4
    >>> next(g)
    9
    >>> next(g)
    16
    >>> next(g)
    25
    >>> next(g)
    36
    >>> next(g)
    49
    >>> next(g)
    64
    >>> next(g)
    81
    >>> next(g)
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    StopIteration

    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。

    当然,上面这种不断调用next(g)实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:

    >>> g = (x * x for x in range(10))
    >>> for n in g:
    ...     print(n)
    ...
    0
    1
    4
    9
    16
    25
    36
    49
    64
    81
    View Code

    所以,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。

    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:

    1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

    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 'done'

    上面的函数可以输出斐波那契数列的前N个数:

    >>> fib(10)
    1
    1
    2
    3
    5
    8
    13
    21
    34
    55
    done

    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 'done' 

    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。

    data = fib(10)
    print(data)
    
    print(data.__next__())
    print(data.__next__())
    print("干点别的事")
    print(data.__next__())
    print(data.__next__())
    print(data.__next__())
    print(data.__next__())
    print(data.__next__())
    
    #输出
    <generator object fib at 0x101be02b0>
    1
    1
    干点别的事
    2
    3
    5
    8
    13

    在上面fib的例子,我们在循环过程中不断调用yield,就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环,不然就会产生一个无限数列出来。

    同样的,把函数改成generator后,我们基本上从来不会用next()来获取下一个返回值,而是直接使用for循环来迭代:

    >>> for n in fib(6):
    ...     print(n)
    ...
    1
    1
    2
    3
    5
    8

    但是用for循环调用generator时,发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值,必须捕获StopIteration错误,返回值包含在StopIterationvalue中:

    >>> g = fib(6)
    >>> while True:
    ...     try:
    ...         x = next(g)
    ...         print('g:', x)
    ...     except StopIteration as e:
    ...         print('Generator return value:', e.value)
    ...         break
    ...
    g: 1
    g: 1
    g: 2
    g: 3
    g: 5
    g: 8
    Generator return value: done

     还可通过yield实现在单线程的情况下实现并发运算的效果

    '''
    吃包子
    最简单的协程
    单线程下的并行效果
    
    '''
    import time
    def consumer(name):
        print("%s 准备来吃包子啦!"%name)
        while True:
            baozi=yield
            print("[%s]包子来了,被[%s]吃了"%(baozi,name))
    
    
    # c=consumer('鲁班')
    # c.__next__()
    # b='酸菜陷'
    # c.send(b)
    def product(name):
        c1=consumer('A')
        c2=consumer('B')
        c1.__next__()
        c2.__next__()
        print("33[31;1m开始做包子了!33[0m")
        for i in range(10):
            time.sleep(1)
            print("33[44;1m做了一个包子,分成两半!33[0m")
            c1.send(i)
            c2.send(i)
    
    product("厨神--程咬金")

    4、迭代器

    我们已经知道,可以直接作用于for循环的数据类型有以下几种:

    一类是集合数据类型,如listtupledictsetstr等;

    一类是generator,包括生成器和带yield的generator function。

    这些可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象Iterable

    可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterable对象

    >>> from collections import Iterable
    >>> isinstance([], Iterable)
    True
    >>> isinstance({}, Iterable)
    True
    >>> isinstance('abc', Iterable)
    True
    >>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
    True
    >>> isinstance(100, Iterable)
    False

    而生成器不但可以作用于for循环,还可以被next()函数不断调用并返回下一个值,直到最后抛出StopIteration错误表示无法继续返回下一个值了。

    *可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator

    可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象:

    >>> from collections import Iterator
    >>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
    True
    >>> isinstance([], Iterator)
    False
    >>> isinstance({}, Iterator)
    False
    >>> isinstance('abc', Iterator)

    生成器都是Iterator对象,但listdictstr虽然是Iterable,却不是Iterator

    listdictstrIterable变成Iterator可以使用iter()函数:

    >>> isinstance(iter([]), Iterator)
    True
    >>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
    True

    你可能会问,为什么listdictstr等数据类型不是Iterator

    这是因为Python的Iterator对象表示的是一个数据流,Iterator对象可以被next()函数调用并不断返回下一个数据,直到没有数据时抛出StopIteration错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列,但我们却不能提前知道序列的长度,只能不断通过next()函数实现按需计算下一个数据,所以Iterator的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

    Iterator甚至可以表示一个无限大的数据流,例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

    小结

    凡是可作用于for循环的对象都是Iterable类型;

    凡是可作用于next()函数的对象都是Iterator类型,它们表示一个惰性计算的序列;

    集合数据类型如listdictstr等是Iterable但不是Iterator,不过可以通过iter()函数获得一个Iterator对象。

    Python的for循环本质上就是通过不断调用next()函数实现的,例如:

    for x in [1, 2, 3, 4, 5]:
        pass

     实际上完全等价于:

    # 首先获得Iterator对象:
    it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
    # 循环:
    while True:
        try:
            # 获得下一个值:
            x = next(it)
        except StopIteration:
            # 遇到StopIteration就退出循环
            break
    Great works are not done by strength, but by persistence!
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