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:
>>> a=(x*x for x in range(1,10))
>>> print(a) # at 0x00000284C52B19E8>
>>> print(next(a))
创建L和g的区别仅在于最外层的[]和(),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generator的next()方法:
>>> a=(x*x for x in range(1,10))
>>> print(a) # at 0x00000284C52B19E8>
>>> print(next(a)) #4
>>>print(next(a)) #9
>>>print(next(a)) #16
>>>print(next(a)) #25
generator保存的是算法,每次调用next(),就计算出下一个元素的值,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()方法实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:
>>> a=(x*x for x in range(1,10))
>>> for i in a:
>>> print(i) #1 4 9 16 25 36 49 64 81
所以,创建了一个generator后,基本上永远不会调用next()方法,而是通过for循环来迭代它。
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
>>> fib(9) #1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34
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:
>>> yield(b)
>>> a, b = b, a + b
>>> n = n + 1
>>> for i in fib(9):
>>> print(i) #1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34
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。
举个简单的例子,定义一个generator,依次返回数字1,3,5:
>>> def odd():
>>> print('step 1')
>>> yield 1
>>> print ('step 2')
>>> yield 3
>>> print ('step 3')
>>> yield 5
>>> o = odd()
>>> print(next(o)) #step 1 , 1
>>> print(next(o)) #step 2 , 3
>>> print(next(o)) #step 3 , 5
>>> print(next(o)) #StopIteration
可以看到,odd不是普通函数,而是generator,在执行过程中,遇到yield就中断,下次又继续执行。
执行3次yield后,已经没有yield可以执行了,所以,第4次调用next()就报错。
回到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()来调用它,而是直接使用for循环来迭代:
>>> def odd():
>>> print('step 1')
>>> yield 1
>>> print ('step 2')
>>> yield 3
>>> print ('step 3')
>>> yield 5
>>> for i in odd():
>>> print(i) #step 1,1 step 2,3 step 3,5
generator是非常强大的工具,在Python中,可以简单地把列表生成式改成generator,
也可以通过函数实现复杂逻辑的generator。
要理解generator的工作原理,它是在for循环的过程中不断计算出下一个元素,并在适当的条件结束for循环。
对于函数改成的generator来说,遇到return语句或者执行到函数体最后一行语句,就是结束generator的指令,
for循环随之结束。