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Python中的生成器、迭代器和动态属性和方法是什么?

Python
499 2023-04-28

python生成器、迭代器、动态新增属性及方法是什么

一、生成器

1、生成器定义

在Python中,一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator

2、生成器存在的意义

列表所有数据都在内存中,如果有海量数据的话将会非常消耗内存。

例如:仅需要访问前面几个元素,那后边所有空间就浪费了

如果列表元素按照某种算法推算出来,就可以在循环的过程中不断推算出后续的元素,这样就不必创建完整的 list ,从而节省大量的空间。

3、创建生成器方式一(生成器表达式)

生成器表达式很简单,只要把一个列表推导式的 [] 改成 () ,就创建了一个生成器(generator):

L = [x * x for x in range(10)]  #推导式

print(L)

g = (x * x for x in range(10)) #加成括号就是生成器

print(g)

#<generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

'''L是一个list,而g则是一个 generator'''

4. 创建生成器方式二(生成器函数)

1. 生成器函数
  • 如果一个函数中包含了yield关键字,那么这个函数就不再是一个普通的函数,调用函数就是创建了一个生成器(generator)对象

  • 生成器函数:利用关键字yield一次性返回一个结果,阻塞,重新开始

2. 生成器函数的工作原理
  • 生成器函数返回一个迭代器,for循环对这个迭代器不断调用 __next__() 函数,不断运行到下一个 yield 语句,一次一次取得每一个返回值,直到没有 yield 语句为止,最终引发 StopIteration 异常

  • yield 相当于 return 返回一个值,并且记住这个返回的位置,下次迭代时,代码从 yield 的下一条语句(不是下一行)开始执行

  • send() 和 next() 一样,都能让生成器往下走一步(下次遇到 yield 停),但 send() 能传一个值,这个值作为 yield 表达式整体的结果

测试生成器工作原理(yield)

'''

如果一个函数中包含 yield 关键字,那么这个函数就不再是一个普通函数,

调用函数就是创建了一个生成器(generator)对象

生成器函数:其实就是利用关键字 yield 一次性返回一个结果,阻塞,重新开始

原理

1. 函数有了yield之后,调用它,就会生成一个生成器

2. 下次从下一个语句执行,切记不是下一行(tmp = yield i)

3. return在生成器中代表生成器种植,直接报错:StopIeratation

4. next方法作用:唤醒并继续执行

'''

def test():

    print("start")

    i = 0

    while i<3:

        '''yield i #第一次执行,此处挂起;同时将i的值返回到i

                   #第二次执行,从挂起的地方往下执行'''

        temp = yield i #下次迭代时,代码从`yield`的下一条语句(不是下一行)开始执行

        print(f"i:{i}")

        i += 1

    print("end")

    return "done"

if __name__ == '__main__':

    a = test()

    print(type(a))

    print(a.__next__())

    print(a.__next__())

    print(a.__next__())

    print(a.__next__())# 抛出异常:StopIteration

'''

<class 'generator'>

start

0

temp:None

1

temp:None

2

temp:None

end

Traceback (most recent call last):

 in <module>

    print(a.__next__())# 抛出异常:StopIteration

StopIteration: done

'''

测试生成器工作原理(send)

'''

send的作用是唤醒并继续执行,发送一个信息到生成器内部

'''

def foo():

    print("start")

    i = 0

    while i < 2:

        temp = yield i

        print(f"temp:{temp}")

        i += 1

    print("end")

 

g = foo()

print(next(g))  #等同g.__next__(),next是内置函数

print("*"*20)

print(g.send(100))

print(next(g))

# for a in g:#g所返回的值是yield处的i

#     print(a)

'''

start

0

********************

temp:100

1

temp:None

end

Traceback (most recent call last):

    print(next(g))

StopIteration

'''

5. 总结

1. 什么是生成器

生成器仅仅保存了一套生成数值的算法,并且没有让这个算法现在就开始执行,而是我什么时候调用它,它什么时候开始计算一个新的值,并给你返回

2. 生成器特点
  • 生成器函数生成一系列结果。通过 yield 关键字返回一个值后,还能从其退出的地方继续运行,因此可以随时产生一系列的值。

  • 生成器和迭代是密切相关的,迭代器都有一个 __next__() 成员方法,这个方法要么返回迭代的下一项,要么引起异常结束迭代。

  • 生成器是一个特殊的程序,可以被用作控制循环的迭代行为,

二、迭代器

1、概念

  • 迭代是Python最强大的功能之一,是访问集合元素的一种方式

  • 迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象

  • 迭代器对象从集合的第一个元素开始访问,直到所有的元素被访问完结束

  • 迭代器只能往前不会后退

  • 迭代器有两个基本的方法:iter()netx()

2、可迭代对象和迭代器区别

  • 一个实现了 iter 方法的对象,称为 "可迭代对象 Ieratable"

  • 一个实现了 next 方法并且是可迭代的对象,称为"迭代器" Iterator 即:实现了 iter 方法和 next 方法的对象就是迭代器

生成器都是 Iterator对象,但 list dict str 虽然都是 Iterable(可迭代对象), 却不是Iterator(迭代器)

'''

生成器一定是迭代器

可迭代对象不一定是迭代器,使用iter([])封装后可转为迭代器

'''

from collections.abc import Iterator

from collections.abc import Iterable

a = isinstance([], Iterator) #list、dict、str虽然是Iterable(可迭代对象),却不是Iterator(迭代器)

print(a)

a = isinstance([], Iterable) #可迭代对象

print(a)

"""

执行结果:

False

True

"""
'''list、dict、str 等 Iterable 变成 Iterator,可以使用 iter() 函数:'''

b = isinstance(iter([]), Iterator)

print(b)

b = isinstance(iter('花非人陌'), Iterator)

print(b)

 

"""

执行结果:

True

True

"""

Python的 Iterator 对象表示的是一个数据流。可以把这个数据看做是一个有序序列,但我们却不能提前知道序列的长度,只能不断通过 next() 函数实现按需计算下一个数据,所以 Iterator 的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

所以,生成器一定是迭代器。

3、for循环本质

#Python3 的 for 循环本质就是通过不断调用 next() 函数实现的。

 

for x in [1,2,3,4,5]:

    pass

 

'''本质是:'''

#首先获得Iterator对象:

it = iter([1,2,3,4,5])

#循环

while True:

    try:

        # 获得下一个值:

        x = next(it)

    except StopIteration:

        # 遇到StopIteration 就退出循环

        break

4、创建一个迭代器

一个类作为一个迭代器使用需要在类中实现两个方法 __iter__() __next__()

  • __iter__() 方法返回一个特殊的迭代器对象,这个迭代器对象实现了 __next__() 方法并通过StopIteration 异常标识迭代的完成

  • __next__() 方法会返回下一个迭代器对象

#创建一个依次返回10,20,30,...这样数字的迭代器

class MyNumbers:

    def __iter__(self):

        self.num = 10

        return self

 

    def __next__(self):

        if self.num < 40:

            x = self.num

            self.num += 10

            return x

        else:

            raise StopIteration

 

myclass = MyNumbers()

myiter = iter(myclass)

print(next(myiter))

print(next(myiter))

print(next(myiter))

print(next(myiter))

"""

执行结果:

10

20

30

Traceback (most recent call last):

    raise StopIteration

StopIteration

"""

"""

程序解析:

在这段代码中,MyNumbers 类定义了一个迭代器。该迭代器的作用是生成一系列数字,从 10 开始,每次增加 10,直到 40,然后停止。

在程序中,通过 iter(myclass) 方法获取 MyNumbers 类的迭代器对象 myiter,然后调用 next(myiter) 方法获取下一个数字。

在第一次调用 next(myiter) 方法时,迭代器会执行 __next__() 方法,返回 self.num 的值 10,然后将 self.num 的值增加 10,变为 20。

在第二次、第三次调用 next(myiter) 方法时,迭代器会再次执行 __next__() 方法,返回 20 和 30,然后将 self.num 的值分别增加 10,变为 30 和 40。

在第四次调用 next(myiter) 方法时,迭代器再次执行 __next__() 方法,发现 self.num 的值已经大于等于 40,于是抛出 StopIteration 异常,表示迭代已经结束。

"""

三、动态添加属性和方法

1、动态编程语言定义

指在运行时可以改变其结构的语言:例如新的函数、对象、甚至代码可以被引进,

已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化

2、运行过程中给对象添加属性和方法

#coding=utf-8

import types

class Person():

    def __init__(self, name, age):

        self.name = name

        self.age = age

 

p1 = Person("zhangsan", 20)

p2 = Person("lisi", 18)

#动态给对象添加属性和方法

p1.score = 100

print(p1.score) #加给p1的只能p1用,对象的也是一样

 

#动态给对象添加方法

def run(self):

    print(f"{self.name}, running...")

p1.run = types.MethodType(run, p1)

#而types.MethodType(run,p1)则是告诉解释器,self指的就是p1

p1.run()

"""

执行结果:

100

zhangsan, running...

"""

3、给类动态添加静态方法以及类方法

#encoding=utf-8

class Person():

    __slots__ = {"name", "age"}

    def __init__(self, name, age):

        self.name = name

        self.age = age

 

@staticmethod

def staticfunc():

    print("--- static method ---")

 

Person.staticfunc = staticfunc

Person.staticfunc()

Person.score = 1000 #动态给对象静态方法

print(Person.score)

 

@classmethod

def clsfunc(cls):

    print('--- cls method ---')

Person.clsfunc = clsfunc    #动态增加类方法

Person.clsfunc()

四、限制动态添加

1、slots

1. __slots__的作用
  • __slots__ 对动态添加成员变量、成员方法有限制。对动态添加类属性、类方法没有限制

  • __slots__ 只对本类有限制,不限制子类

2. 对动态添加成员变量、成员方法有限制
'''

MyClass 类使用 __slots__ 属性限制了实例对象的属性,只允许动态添加 x 属性。

因此,obj.x = 1 可以成功,但是 obj.y = 2 会抛出 AttributeError 异常

'''

class MyClass:

    __slots__ = ['x']

 

obj = MyClass()

obj.x = 1  # 可以动态添加 x 属性

obj.y = 2  # 报错,__slots__ 限制了不能动态添加 y 属性

"""

执行结果:

AttributeError: 'MyClass' object has no attribute 'y'

"""
3. 对动态添加类属性、类方法没有限制
class MyClass:

    __slots__ = ['x']

    classattr = 1

 

    @classmethod

    def myclassmethod(cls):

        print("class method")

 

 

MyClass.newclassattr = 2  # 可以动态添加类属性

print(MyClass.newclassattr)

MyClass.mynewclassmethod = lambda cls: print("new class method")  # 可以动态添加类方法

MyClass.mynewclassmethod(MyClass)   #传递类本身作为参数

obj = MyClass()

obj.x  = 3    # 可以动态添加实例属性

print(obj.x)  # 可以动态添加 x 属性

"""

执行结果:

2

new class method

3

"""