Python中的生成器——generator

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 = [s for s in range(10)]
print("L:",L)
G = (s for s in range(10))
print("G:",G)

'''输出结果：

L: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
G:  at 0x000001A42D9AECF0>
'''

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next()函数获得generator的下一个返回值：

G = (s for s in range(3))
print(next(G))
print(next(G))
print(next(G))
'''输出：
0
1
2
'''

如果再输出一次next()函数会提示错误信息，

''' File "D:/Python/PythonFiles/test1/Plan2/Demo4.py", line 10, in 
    print(next(G))
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。

正确的方法是使用for循环，因为generator也是可迭代对象：

G = (s for s in range(3))
for i in G:
    print(i)
'''输出：
0
1
2
'''

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'
print(fib(6))

'''输出：
1
1
2
3
5
8
done
'''

Attention，赋值语句：

a, b = b, a + b

相当于：

t = (b, a + b) # t是一个tuple
a = t[0]
b = t[1]

但不必显式写出临时变量t就可以赋值。

 理解yield关键字：python中yield的用法详解——最简单，最清晰的解释_mieleizhi0522的博客-CSDN博客_yield

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函数，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
    return 'done'
max = (x for x in fib(6))
for n in max:
    print(n)

'''输出结果：
1
1
2
3
5
8
'''

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函数，调用一个generator函数将返回一个generator：

print(fib(6))
'''输出

'''

这里，最难理解的就是generator函数和普通函数的执行流程不一样。普通函数是顺序执行，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。

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StopIteration的value中：

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done' #这句不能输出
'''想要拿到return语句的返回值，必须捕获StopIteration错误
返回值包含在StopIteration的value中：
'''
g = fib(6)
while True:
    try:
        x = next(g)
        print("g:",x)
    except StopIteration as e:
        print('Generator return value:',e.value)
        break
'''输出结果：
g: 1
g: 1
g: 2
g: 3
g: 5
g: 8
Generator return value: done
'''

---

---

接上面黑体字之后：（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函数，依次返回数字1，2，3：

调用该generator函数时，首先要生成一个generator对象，然后用next()函数不断获得下一个返回值：

def odd():
    print("step1")
    yield 1
    print("step2")
    yield 2
    print("step3")
    yield 3
o = odd()
print(next(o))
print(next(o))
print(next(o))
print(next(o))

'''输出：
step1
1
step2
2
step3
3
 print(next(o))
StopIteration

'''

可以看到，odd不是普通函数，而是generator函数，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(o)就报错。

请务必注意：调用generator函数会创建一个generator对象，多次调用generator函数会创建多个相互独立的generator。

def odd():
    print("step1")
    yield 1
    print("step2")
    yield 2
    print("step3")
    yield 3
print(next(odd()))
print(next(odd()))
print(next(odd()))

'''输出：
step1
1
step1
1
step1
1
step1
1
'''

这是因为每次调用odd函数，都创建了一个generator对象，上述代码创建了三个完全独立的generator对象，对3个generator调用next()，都会返回第一个值

正确的写法是创建一个generator对象，然后不断对这一个generator对象调用next()

def odd():
    print("step1")
    yield 1
    print("step2")
    yield 2
    print("step3")
    yield 3
od = odd()
for i in od:
    print(i)

'''输出：
step1
1
step2
2
step3
3
'''

练习：

杨辉三角定义如下：

          1
         / \
        1   1
       / \ / \
      1   2   1
     / \ / \ / \
    1   3   3   1
   / \ / \ / \ / \
  1   4   6   4   1
 / \ / \ / \ / \ / \
1   5   10  10  5   1

把每一行看做一个list，试写一个generator，不断输出下一行的list：

 

def triangles():
    L = [1]
    while True:
        yield L
        L = L + [0]
        L = [L[i] + L[i -1] for i in range (len(L))]
n = 0
results = []
for t in triangles():
    results.append(t)
    n = n + 1
    if n == 10:
        break

for t in results:
    print(t)

if results == [
    [1],
    [1, 1],
    [1, 2, 1],
    [1, 3, 3, 1],
    [1, 4, 6, 4, 1],
    [1, 5, 10, 10, 5, 1],
    [1, 6, 15, 20, 15, 6, 1],
    [1, 7, 21, 35, 35, 21, 7, 1],
    [1, 8, 28, 56, 70, 56, 28, 8, 1],
    [1, 9, 36, 84, 126, 126, 84, 36, 9, 1]
]:
    print('测试通过!')
else:
    print('测试失败!')

'''输出结果：
[1]
[1, 1]
[1, 2, 1]
[1, 3, 3, 1]
[1, 4, 6, 4, 1]
[1, 5, 10, 10, 5, 1]
[1, 6, 15, 20, 15, 6, 1]
[1, 7, 21, 35, 35, 21, 7, 1]
[1, 8, 28, 56, 70, 56, 28, 8, 1]
[1, 9, 36, 84, 126, 126, 84, 36, 9, 1]
测试通过!

'''