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Python 迭代物件, 迭代器, 生成器

容器

容器是一種把多個元素組織在一起的資料結構, 容器中的元素可以逐個地迭代獲取. 如: list, set, dict, tuple, str

可迭代物件

可以返回一個迭代器的物件.

x = [1,2,3]
y = iter(x)
z = iter(x)

x 是一個可迭代物件, 可迭代物件和容器一樣是一種通俗的叫法, 並不是指指某種具體的資料型別. list, dict, set 也是可迭代物件. y 和 z 是兩個獨立的迭代器, 迭代器內部持有一個狀態,該狀態用於記錄當前迭代所在的位置,以方便下次迭代的時候獲取正確的元素。迭代器有一種具體的迭代器型別,比如list_iterator,set_iterator。可迭代物件實現了__iter__方法,該方法返回一個迭代器物件。

迭代器

那麼什麼迭代器呢?它是一個帶狀態的物件,他能在你呼叫next()方法的時候返回容器中的下一個值,任何實現了__iter__和__next__()(python2 中實現next())方法的物件都是迭代器,__iter__返回迭代器自身,__next__返回容器中的下一個值,如果容器中沒有更多元素了,則丟擲 StopIteration 異常.

class Fib:
    def __init__(self):
        self.prev = 0
        self.curr = 1

    def __iter__(self):
        return self

    def
__next__(self): value = self.curr self.curr += self.prev self.prev = value return value >>> f = Fib() >>> list(islice(f, 0, 10)) [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

Fib 既是一個可迭代物件(因為它實現了__iter__方法),又是一個迭代器(因為實現了__next__方法)。例項變數prev和curr使用者維護迭代器內部的狀態。每次呼叫next()方法的時候做兩件事:

  • 為下一次呼叫next()方法修改狀態
  • 為當前這次呼叫生成返回結果

迭代器就像一個懶載入的工廠,等到有人需要的時候才給它生成值返回,沒呼叫的時候就處於休眠狀態等待下一次呼叫。

生成器

生成器算得上是 Python 語言中最吸引人的特性之一,生成器其實是一種特殊的迭代器,不過這種迭代器更加優雅。它不需要再像上面的類一樣寫__iter__()和__next__()方法了,只需要一個yiled關鍵字。 生成器一定是迭代器(反之不成立),因此任何生成器也是以一種懶載入的模式生成值。用生成器來實現斐波那契數列的例子是:

def fib():
    prev, curr = 0, 1
    while True:
        yield curr
        prev, curr = curr, curr + prev

>>> f = fib()
>>> list(islice(f, 0, 10))
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

fib就是一個普通的 python 函式,它特殊的地方在於函式體中沒有return關鍵字,函式的返回值是一個生成器物件。當執行f=fib()返回的是一個生成器物件,此時函式體中的程式碼並不會執行,只有顯示或隱示地呼叫 next 的時候才會真正執行裡面的程式碼。 生成器在 Python 中是一個非常強大的程式設計結構,可以用更少地中間變數寫流式程式碼,此外,相比其它容器物件它更能節省記憶體和 CPU,當然它可以用更少的程式碼來實現相似的功能.

生成器表示式

生成器表示式是列表推倒式的生成器版本,看起來像列表推導式,但是它返回的是一個生成器物件而不是列表物件。

>>> a = (x*x for x in range(10))
>>> a
<generator object <genexpr> at 0x401f08>

總結

  • 容器是一系列元素的集合,str、list、set、dict、file、sockets 物件都可以看作是容器,容器都可以被迭代(用在 for,while 等語句中),因此他們被稱為可迭代物件.
  • 可迭代物件實現了__iter__方法,該方法返回一個迭代器物件.
  • 迭代器持有一個內部狀態的欄位,用於記錄下次迭代返回值,它實現了__next__和__iter__方法,迭代器不會一次性把所有元素載入到記憶體,而是需要的時候才生成返回結果.
  • 生成器是一種特殊的迭代器,它的返回值不是通過return而是用yield.