Python-生成器詳解

1.什麼是生成器

透過列表生成式，我們可以直接建立一個清單。但是，受到記憶體限制，列表容量肯定是有限的。而且，建立一個包含100萬個元素的列表，不僅佔用很大的儲存空間，如果我們只需要存取前面幾個元素，那後面絕大多數元素佔用的空間都白白浪費了。所以，如果列表元素可以依照某種演算法推導出來，那我們是否可以在循環的過程中不斷推導出後續的元素呢？這樣就不必創建完整的list，從而節省大量的空間。在Python中，這種一邊循環一邊計算的機制，稱為生成器：generator。

2.建立生成器方法

方法一

要建立一個生成器，有很多種方法。第一種方法很簡單，只要把一個列表生成式的[ ]改成( )

創建L和G的區別僅在於最外層的[ ]和( )，L是一個列表，而G是一個生成器。我們可以直接列印出L的每一個元素，但我們要怎麼列印出G的每一個元素呢？如果要一個一個列印出來，可以透過next()函數得到生成器的下一個回傳值：

運行結果：

執行結果：

#產生器保存的是演算法，每次都呼叫next( G)，就計算出G的下一個元素的值，直到計算到最後一個元素，沒有更多的元素時，拋出StopIteration的異常。當然，這種不斷呼叫next()實在是太變態了，正確的方法是使用for循環，因為生成器也是可迭代物件。所以，我們創建了一個生成器後，基本上永遠不會呼叫next()，而是透過for循環來迭代它，並且不需要關心StopIteration異常。

方法2

generator非常強大。如果推算的演算法比較複雜，用類似列表產生式的for迴圈無法實現的時候，還可以用函數來實作。

例如，著名的斐波拉契數列（Fibonacci），除第一個和第二個數外，任一個數都可由前兩個數相加得到：

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

斐波拉契數列用列表生成式寫不出來，但是，用函數把它打印出來卻很容易：

運行結果：

#仔細觀察，可以看出，fib函數其實是定義了斐波拉契數列的推算規則，可以從第一個元素開始，推算出後續任意的元素，這種邏輯其實非常類似generator。

也就是說，上面的函數和generator只有一步之遙。要把fib函數變成generator，只要要把print(b)改為yield b就可以了：

#運行結果：

在上面fib的例子，我們在循環過程中不斷呼叫yield，就會不斷中斷。當然要給循環設定一個條件來退出循環，不然就會產生一個無限數列出來。同樣的，把函數改成generator後，我們基本上從來不會用next()來取得下一個回傳值，而是直接使用for迴圈來迭代：

執行結果：

但是用for迴圈呼叫generator時，發現拿不到generator的return語句的回傳值。如果想要拿到回傳值，必須捕獲StopIteration錯誤，回傳值包含在StopIteration的value中：

運行結果：

使用next函數

#執行結果：

##使用__next__()方法

執行結果：

使用send

運行結果：

#4.實作多任務

模擬多任務實作方式之一：協程

運行結果：

#總結

產生器是這樣一個函數，它記住上一次返回時在函數體中的位置。對生成器函數的第二次（或第n次）呼叫跳轉至該函數中間，而上次呼叫的所有局部變數都保持不變。

生成器不僅「記住」了它資料狀態；生成器還「記住」了它在流控制構造（在命令式程式設計中，這種構造不只是資料值）中的位置。

生成器的特性：

1.當節約記憶體

2.迭​​代到下次的呼叫時，所使用的參數都是第一次保留下的，即是說，在整個所有函數呼叫的參數都是第一次所呼叫時保留的，而不是新創建的

5.迭代器

迭代是訪問集合元素的一種方式。迭代器是一個可以記住遍歷的位置的物件。迭代器物件從集合的第一個元素開始訪問，直到所有的元素被訪問結束。迭代器只能往前不會後退。

1.可迭代物件

以直接作用於for迴圈的資料型別有以下幾種：

一類別是集合資料型別，如list、tuple、dict 、set、str等；

一類是generator，包括生成器和帶有yield的generator function。

這些可以直接作用於for迴圈的物件統稱為可迭代物件：Iterable。

2.判斷是否可以迭代

可以使用isinstance()判斷物件是否為Iterable物件：

在執行結果：

而生成器不但可以作用於for循環，還可以被next()函數不斷呼叫並傳回下一個值，直到最後拋出StopIteration錯誤表示無法繼續回傳下一個值了。

3.迭代器

可以被next()函數呼叫並不斷傳回下一個值的物件稱為迭代器：Iterator。

執行結果：

#4.iter()函數

#產生器都是Iterator對象，但list、dict、str雖然是Iterable，卻不是Iterator。

把list、dict、str等Iterable變成Iterator可以使用iter()函式：

############執行結果：####### #######

總結

·凡是可作用於for迴圈的物件都是Iterable型別；

·凡是可作用於next()函數的物件都是Iterator型別

·集合資料型態如list、dict、str等是Iterable但不是Iterator，不過可以透過iter()函數取得一個Iterator物件。

·目的是在使用集合的時候，減少佔用的內容。

6.閉包

1.函數引用

#運行結果：

圖解：

2.什麼是閉包

運行結果：

3.看一個閉包的實際範例：

運行結果：

這個例子中，函數line與變數a,b構成閉包。在建立閉包的時候，我們透過line_conf的參數a,b說明了這兩個變數的取值，這樣，我們就確定了函數的最終形式(y = x + 1和y = 4x + 5)。我們只需要變換參數a,b，就可以得到不同的直線表達函數。由此，我們可以看到，閉包也具有提高程式碼可重複使用性的作用。

如果沒有閉包，我們需要每次建立直線函數的時候同時說明a,b,x。這樣，我們就需要更多的參數傳遞，也減少了程式碼的可移植性

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