一、生成器(generator)

先来看看一个简单的菲波那切数列,出第一个和第二个外,任意一个数都是由前两个数相加得到的。如:0,1,1,2,3,5,8,13......

输入斐波那契数列前N个数:

  1. def fab(max):
  2. n, a, b = 0, 0, 1
  3. while n < max:
  4. print b
  5. a, b = b, a + b
  6. n = n + 1

结果:

  1. >>> fib(100)
  2. 1
  3. 1
  4. 2
  5. 3
  6. 5
  7. 8
  8. 13

但是,要提高 fib 函数的可复用性,最好不要直接打印出数列,而是返回一个 List。每次循环将b的值append到一个list中。

然而,问题又来了。。。

该函数在运行中占用的内存会随着参数 max 的增大而增大,如果要控制内存占用,最好不要用 List来保存中间结果,而是通过 iterable 对象来迭代。

在python2 中:

  1. for i in range(1000): pass  

range会生成一个含有1000个元素的list,极大地浪费了内存空间。

  1. for i in xrange(1000): pass

而改进后的xrange则生成一个可迭代(iterable)对象,每次迭代时返回下一个数值,占用空间极少。

如此,我们可以利用iterable来写一个fib类:

  1. class Fab(object):
  2.  
  3. def __init__(self, max):
  4. self.max = max
  5. self.n, self.a, self.b = 0, 0, 1
  6.  
  7. def __iter__(self):
  8. return self
  9.  
  10. def next(self):
  11. if self.n < self.max:
  12. r = self.b
  13. self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
  14. self.n = self.n + 1
  15. return r
  16. raise StopIteration()

然后,for循环会在每次循环中自动调用next()方法,不断返回数列的下一个数。占用内存始终为常数。

  1. >>> for n in Fab(5):
  2. ... print(n)  

虽然实现了需求,但用class实现的fib并不简洁,由此我们可以引入yield。

  1. def fab(max):
  2. n, a, b = 0, 0, 1
  3. while n < max:
  4. yield b
  5. # print(b)
  6. a, b = b, a + b
  7. n = n + 1

然后:

  1. >>> for n in fab(5):
  2. ... print(n)

yield 的作用就是把一个函数变成一个 generator,带有 yield 的函数不再是一个普通函数,Python 解释器会将其视为一个 generator,调用 fib(5) 不会执行 fab 函数,而是返回一个 iterable 对象在 for 循环执行时,每次循环都会执行 fib 函数内部的代码,执行到 yield b 时,fib 函数就返回一个迭代值,下次迭代时,代码从 yield b 的下一条语句继续执行,而函数的本地变量看起来和上次中断执行前是完全一样的,于是函数继续执行,直到再次遇到 yield。

手动执行过程:

  1. >>> f = fab(5)
  2. >>> f.next()
  3. 1
  4. >>> f.next()
  5. 1
  6. >>> f.next()
  7. 2
  8. >>> f.next()
  9. 3
  10. >>> f.next()
  11. 5
  12. >>> f.next()
  13. Traceback (most recent call last):
  14. File "<stdin>", line 1, in <module>
  15. StopIteration

当函数执行结束时,generator 自动抛出 StopIteration 异常,表示迭代完成。在 for 循环里,无需处理 StopIteration 异常,循环会正常结束。

一个带有 yield 的函数就是一个 generator,它和普通函数不同,生成一个 generator 看起来像函数调用,但不会执行任何函数代码,直到对其调用 next()(在 for 循环中会自动调用 next())才开始执行。虽然执行流程仍按函数的流程执行,但每执行到一个 yield 语句就会中断,并返回一个迭代值,下次执行时从 yield 的下一个语句继续执行。看起来就好像一个函数在正常执行的过程中被 yield 中断了数次,每次中断都会通过 yield 返回当前的迭代值。

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