python 迭代器和生成器详解

一、迭代器

说迭代器之前有两个相关的名词需要介绍：
可迭代对象：只要定义了__iter__()方法，我们就说该对象是可迭代对象，并且可迭代对象能提供迭代器。
迭代器：实现了__next__()或者next()(python2)方法的称为迭代器，迭代器仅仅在迭代到某个元素时才计算该元素，而在这之前或之后，元素可以不存在或者被销毁，因此只占用固定的内存。
迭代：当我们使用一个循环来遍历某个东西时，这个过程本身就叫迭代。迭代器迭代的元素只能往前不能后退。

1、为何用迭代器

下面用生成斐波那契数列为例子，说明为何用迭代器

#代码1
def fab(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print b
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
#直接在函数fab(max)中用print打印会导致函数的可复用性变差，因为fab返回None。其他函数无法获得fab函数返回的数列。

#代码2
def fab(max):
    L = []
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        L.append(b)
        a, b = b, a + b
        n = n + 1
    return L
 
#代码2满足了可复用性的需求，但是占用了内存空间。

#代码3，定义并使用迭代器
 class Fab(object):
    def __init__(self, max):
        self.max = max
        self.n, self.a, self.b = 0, 0, 1 
 
    def __iter__(self):
        return self 
 
    def next(self):
        if self.n < self.max:
            r = self.b
            self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
            self.n = self.n + 1
            return r
        raise StopIteration()
 
for key in Fabs(5):
    print key        
 
#Fabs 类通过 next() 不断返回数列的下一个数，内存占用始终为常数

2、如何使用迭代器

使用内建的工厂函数iter(iterable)可以获取迭代器对象（对象包含__iter__方法即可迭代，__iter__方法返回一个迭代器）：

>>> lst = range(5)
>>> it = iter(lst)
>>> it
<listiterator object at 0x0000000001E43390>

使用next()方法访问下一个元素

>>> it.next()
0
>>> it.next()
1
>>> it.next()
2

python处理迭代器越界是抛出StopIteration异常

>>> it.next()
3
>>> it.next
<method-wrapper 'next' of listiterator object at 0x01A63110>
>>> it.next()
4
>>> it.next()

Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

了解了StopIteration，可以使用迭代器进行遍历了：

lst = range(5)
it = iter(lst)
try:
    while True:
        val = it.next()
        print val
except StopIteration:
    pass

3、for语法糖

幸运的是python提供的for语句语法糖为迭代提供了方便的使用方法。在for循环中，Python将自动调用工厂函数iter()获得迭代器，自动调用next()获取元素，还完成了检查StopIteration异常的工作。

>>> lst = range(5)
>>> for i in lst:
...     print i
...
0
1
2
3
4

二、生成器

带有 yield 的函数在 Python 中被称之为 generator（生成器），几个例子说明下（还是用生成斐波那契数列说明），可以看出代码3远没有代码1简洁，生成器（yield）既可以保持代码1的简洁性，又可以保持代码3的效果。

#代码4
def fab(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        yield b
        a, b = b, a + b
        n = n+ 1
#执行
for n in fab(5):
    print n
 
1
1
2
3
5

　　生成器也是一种迭代器，简单地讲，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 fab(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 fab 函数内部的代码，执行到 yield b 时，fab 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。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。

也可以手动调用 fab(5) 的 next() 方法（因为 fab(5) 是一个 generator 对象，该对象具有 next() 方法），这样我们就可以更清楚地看到 fab 的执行流程：

>>> f = fab(3)
>>> f.next()
1
>>> f.next()
1
>>> f.next()
2
>>> f.next()
 
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

return作用

在一个生成器中，如果没有return，则默认执行到函数完毕；如果遇到return,如果在执行过程中 return，则直接抛出 StopIteration 终止迭代。例如

def read_file(fpath):
    BLOCK_SIZE = 1024
    with open(fpath, 'rb') as f:
        while True:
            block = f.read(BLOCK_SIZE)
            if block:
                yield block
            else:
                return

如果直接对文件对象调用 read() 方法，会导致不可预测的内存占用。好的方法是利用固定长度的缓冲区来不断读取文件内容。通过 yield，我们不再需要编写读文件的迭代类，就可以轻松实现文件读取。