首页 > 文章列表 > Python编程:深入了解生成器(Generator)及表达式

Python编程:深入了解生成器(Generator)及表达式

Python 生成器 编程
225 2023-04-24

前言

在前面的篇章中,我们学习了迭代器,这是一个很好的工具,特别是当你需要处理大型数据集时。然而,在Python中构建自己的迭代器有点麻烦和耗时。你必须定义一个实现迭代器协议(__iter__()和__next__()方法)的新类。在这个类中,需要自己管理变量的内部状态并更新它们。此外,当__next__()方法中没有要返回的值时,需要抛出StopIteration异常。

有没有更好的实现方式呢?答案是肯定的!这就是Python的生成器(Generator)解决方案。下面就来盘盘它。

Python编程:深入了解生成器(Generator)及表达式

何为生成器?

为了更高效的构建自己的迭代器,在Python中对此有一个优雅的解决方案,这是很值得高兴的。Python所提供的生成器(Generator)是用来帮助我们轻松创建迭代器。Generator允许你声明一个行为类似迭代器的函数,也就是说,它可以在for循环中使用。简单言之,生成器(Generator)就是个返回迭代器对象的函数。因此,这也是创建迭代器的简单方法。在创建迭代器时,你不需要考虑所需的所有工作(如迭代协议和内部状等),因为Generator将处理所有这些工作。

接下来,我们更进一步,轻松学懂Python中生成器是如何工作的以及如何定义它们。

定义生成器

如前一节所述,生成器是Python中一种特殊类型的函数。此函数不返回单个值,而是返回一个迭代器对象。在生成器函数中,返回值使用yield语句而不是return语句。下面定义一个简单的生成器函数,代码清单如下:

Python编程:深入了解生成器(Generator)及表达式

代码清单片段-01

在上述清单中,我们定义一个生成器函数。该函数执行yield语句而不是return关键字。yield语句使这个函数成为生成器。当我们调用这个函数时,它将返回(产生)一个迭代器对象。我们再来看看生成器的调用:

Python编程:深入了解生成器(Generator)及表达式

代码清单片段-02

调用生成器,通常就跟创建对象类似,调用生成器函数,并赋给变量。

运行程序输出结果如下:

代码清单片段-04下面是未进行异常处理时运行程序输出结果类似如下:代码清单片段-05运行程序输出结果类似如下:49999995000000

Elapsed Time in seconds: 1.2067763805389404

在代码清单中,我们定义一个普通函数,它返回前n个正整数的列表。当我们调用这个函数时,它需要一段时间来完成执行,因为它创建的列表非常庞大。它还使用了大量内存来完成此任务。

现在让我们为相同的操作定义一个生成器函数来实现,代码清单如下:

Python编程:深入了解生成器(Generator)及表达式

代码清单片段-06

运行程序结果类似如下:

运行程序,遍历出的元素项结果是否和列表推导式一样。我们再看一个例子。来定义一个生成器,将字符串中的字母转换为大写字母。然后调用next()方法打印前两个字母。代码示例如下:运行输出结果如下:M
A

生成器好处

生成器是非常棒的工具,特别是当需要在相对有限的内存中处理大型数据时。以下是在Python中使用生成器的一些主要好处:

1)内存效率:

假设有一个返回结果非常大序列的普通函数。例如,一个包含数百万项的列表。你必须等待这个函数完成所有的执行,并将整个列表返回给你。就时间和内存资源而言,这显然是低效的。另一方面,如果你使用生成器函数,它将一个一个地返回项,你将有机会继续执行下一行代码。而不需要等待函数执行列表中的所有项。因为生成器一次只给你一项。

2)延迟计算:

生成器提供了延迟(惰性)计算求值的功能。延迟计算是在真正需要值时计算值,而不是在实例化时计算值。假设你有一个大数据集要计算,延迟计算允许你在整个数据集仍在计算生成中可立即开始使用数据。因为如果使用生成器,则不需要整个数据集。

3)易实现和可读性:

生成器非常容易实现,并且提供了好的代码可读性。记住,如果你使用生成器,你不需要担心__iter__()和__next__()方法。你所需要的只是函数中一个简单的yield语句。

4)处理无限流:

当你需要表示无限的数据流时,生成器是非常棒的工具。例如,一个无限计数器。理论上,你不能在内存中存储无限流的,因为你无法确定存储无限流需要多少的内存大小。这是生成器真正发挥作用的地方,因为它一次只产生一项,它可以表示无限的数据流。它不需要将所有的数据流存储在内存中。

本文小结

主要介绍了生成器相关知识,用于更好的自定义迭代器。内容包括何为生成器?如何自定义生成器以及和普通函数的关键区别?如何实现生成器表达式?并总结了生成器的有点。通过这篇文章,相信你能更轻松高效的掌握Python常规的生成器方方面面。