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這篇文章主要給大家介紹瞭如何通過一篇文章徹底搞懂Python中可迭代(Iterable)、迭代器(Iterator)與生成器(Generator)的概念,對大家學習或者使用Python具有一定的參考學習價值,需要的朋友們下面來一起學習學習吧
前言
在Python中可迭代(Iterable)、迭代器(Iterator)和生成器(Generator)這幾個概念是經常用到的,初學時對這幾個概念也是經常混淆,現在是時候把這幾個概念搞清楚了。
0x00 可迭代(Iterable)
簡單的說,一個對象(在Python裏面一切都是對象)只要實現了只要實現了__iter__()方法,那麼用isinstance()函數檢查就是Iterable對象;
例如
class IterObj:
def __iter__(self):
# 這裏簡單地返回自身
# 但實際情況可能不會這麼寫
# 而是通過內置的可迭代對象來實現
# 下文的列子中將會展示
return self
上面定義了一個類IterObj並實現了__iter__()方法,這個就是一個可迭代(Iterable)對象
it = IterObj()
print(isinstance(it, Iterable)) # true
print(isinstance(it, Iterator)) # false
print(isinstance(it, Generator)) # false
記住這個類,下文我們還會看到這個類的定義。
常見的可迭代對象
在Python中有哪些常見的可迭代對象呢?
集合或序列類型(如list、tuple、set、dict、str)
文件對象
在類中定義了__iter__()方法的對象,可以被認爲是 Iterable對象,但自定義的可迭代對象要能在for循環中正確使用,就需要保證__iter__()實現必須是正確的(即可以通過內置iter()函數轉成Iterator對象。關於Iterator下文還會說明,這裏留下一個坑,只是記住iter()函數是能夠將一個可迭代對象轉成迭代器對象,然後在for中使用)
在類中實現瞭如果只實現__getitem__()的對象可以通過iter()函數轉化成迭代器但其本身不是可迭代對象。所以當一個對象能夠在for循環中運行,但不一定是Iterable對象。
關於第1、2點我們可以通過以下來驗證
print(isinstance([], Iterable)) # true list 是可迭代的
print(isinstance({}, Iterable)) # true 字典是可迭代的
print(isinstance((), Iterable)) # true 元組是可迭代的
print(isinstance(set(), Iterable)) # true set是可迭代的
print(isinstance('', Iterable)) # true 字符串是可迭代的
currPath = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
with open(currPath+'/model.py') as file:
print(isinstance(file, Iterable)) # true
我們再來看第3點,
print(hasattr([], "__iter__")) # true
print(hasattr({}, "__iter__")) # true
print(hasattr((), "__iter__")) # true
print(hasattr('', "__iter__")) # true
這些內置集合或序列對象都有__iter__屬性,即他們都實現了同名方法。但這個可迭代對象要在for循環中被使用,那麼它就應該能夠被內置的iter()函數調用並轉化成Iterator對象。
例如,我們看內置的可迭代對象
print(iter([])) # <list_iterator object at 0x110243f28>
print(iter({})) # <dict_keyiterator object at 0x110234408>
print(iter(())) # <tuple_iterator object at 0x110243f28>
print(iter('')) # <str_iterator object at 0x110243f28>
它們都相應的轉成了對應的迭代器(Iterator)對象。
現在回過頭再看看一開始定義的那個IterObj類
class IterObj:
def __iter__(self):
return self
it = IterObj()
print(iter(it))
我們使用了iter()函數,這時候將再控制檯上打印出以下信息:
Traceback (most recent call last):
File "/Users/mac/PycharmProjects/iterable_iterator_generator.py", line 71, in <module>
print(iter(it))
TypeError: iter() returned non-iterator of type 'IterObj'
出現了類型錯誤,意思是iter()函數不能將‘非迭代器’類型轉成迭代器。
那如何才能將一個可迭代(Iterable)對象轉成迭代器(Iterator)對象呢?
我們修改一下IterObj類的定義
class IterObj:
def __init__(self):
self.a = [3, 5, 7, 11, 13, 17, 19]
def __iter__(self):
return iter(self.a)
我們在構造方法中定義了一個名爲a的列表,然後還實現了__iter__()方法。
修改後的類是可以被iter()函數調用的,即也可以在for循環中使用
it = IterObj()
print(isinstance(it, Iterable)) # true
print(isinstance(it, Iterator)) # false
print(isinstance(it, Generator)) # false
print(iter(it)) # <list_iterator object at 0x102007278>
for i in it:
print(i) # 將打印3、5、7、11、13、17、19元素
因此在定義一個可迭代對象時,我們要非常注意__iter__()方法的內部實現邏輯,一般情況下,是通過一些已知的可迭代對象(例如,上文提到的集合、序列、文件等或其他正確定義的可迭代對象)來輔助我們來實現
關於第4點說明的意思是iter()函數可以將一個實現了__getitem__()方法的對象轉成迭代器對象,也可以在for循環中使用,但是如果用isinstance()方法來檢測時,它不是一個可迭代對象。
class IterObj:
def __init__(self):
self.a = [3, 5, 7, 11, 13, 17, 19]
def __getitem__(self, i):
return self.a[i]
it = IterObj()
print(isinstance(it, Iterable)) # false
print(isinstance(it, Iterator)) # false
print(isinstance(it, Generator)) false
print(hasattr(it, "__iter__")) # false
print(iter(it)) # <iterator object at 0x10b231278>
for i in it:
print(i) # 將打印出3、5、7、11、13、17、19
這個例子說明了可以在for中使用的對象,不一定是可迭代對象。
現在我們做個小結:
一個可迭代的對象是實現了__iter__()方法的對象
它要在for循環中使用,就必須滿足iter()的調用(即調用這個函數不會出錯,能夠正確轉成一個Iterator對象)
可以通過已知的可迭代對象來輔助實現我們自定義的可迭代對象。
一個對象實現了__getitem__()方法可以通過iter()函數轉成Iterator,即可以在for循環中使用,但它不是一個可迭代對象(可用isinstance方法檢測())
0x01 迭代器(Iterator)
上文很多地方都提到了Iterator,現在我們把這個坑填上。
當我們對可迭代的概念瞭解後,對於迭代器就比較好理解了。
一個對象實現了__iter__()和__next__()方法,那麼它就是一個迭代器對象。 例如
class IterObj:
def __init__(self):
self.a = [3, 5, 7, 11, 13, 17, 19]
self.n = len(self.a)
self.i = 0
def __iter__(self):
return iter(self.a)
def __next__(self):
while self.i < self.n:
v = self.a[self.i]
self.i += 1
return v
else:
self.i = 0
raise StopIteration()
在IterObj中,構造函數中定義了一個列表a,列表長度n,索引i。
it = IterObj()
print(isinstance(it, Iterable)) # true
print(isinstance(it, Iterator)) # true
print(isinstance(it, Generator)) # false
print(hasattr(it, "__iter__")) # true
print(hasattr(it, "__next__")) # true
我們可以發現上文提到的
集合和序列對象是可迭代的但不是迭代器
print(isinstance([], Iterator)) # false
print(isinstance({}, Iterator)) # false
print(isinstance((), Iterator)) # false
print(isinstance(set(), Iterator)) # false
print(isinstance('', Iterator)) # false
而文件對象是迭代器
currPath = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
with open(currPath+'/model.py') as file:
print(isinstance(file, Iterator)) # true
一個迭代器(Iterator)對象不僅可以在for循環中使用,還可以通過內置函數next()函數進行調用。 例如
it = IterObj()
next(it) # 3
next(it) # 5
0x02 生成器(Generator)
現在我們來看看什麼是生成器?
一個生成器既是可迭代的也是迭代器
定義生成器有兩種方式:
列表生成器
使用yield定義生成器函數
先看第1種情況
g = (x * 2 for x in range(10)) # 0~18的偶數生成器
print(isinstance(g, Iterable)) # true
print(isinstance(g, Iterator)) # true
print(isinstance(g, Generator)) # true
print(hasattr(g, "__iter__")) # true
print(hasattr(g, "__next__")) # true
print(next(g)) # 0
print(next(g)) # 2
列表生成器可以不需要消耗大量的內存來生成一個巨大的列表,只有在需要數據的時候纔會進行計算。
再看第2種情況
def gen():
for i in range(10):
yield i
這裏yield的作用就相當於return,這個函數就是順序地返回[0,10)的之間的自然數,可以通過next()或使用for循環來遍歷。
當程序遇到yield關鍵字時,這個生成器函數就返回了,直到再次執行了next()函數,它就會從上次函數返回的執行點繼續執行,即yield退出時保存了函數執行的位置、變量等信息,再次執行時,就從這個yield退出的地方繼續往下執行。
在Python中利用生成器的這些特點可以實現協程。協程可以理解爲一個輕量級的線程,它相對於線程處理高併發場景有很多優勢。
看下面一個用協程實現的生產者-消費者模型
def producer(c):
n = 0
while n < 5:
n += 1
print('producer {}'.format(n))
r = c.send(n)
print('consumer return {}'.format(r))
def consumer():
r = ''
while True:
n = yield r
if not n:
return
print('consumer {} '.format(n))
r = 'ok'
if __name__ == '__main__':
c = consumer()
next(c) # 啓動consumer
producer(c)
這段代碼執行效果如下
producer 1
consumer 1
producer return ok
producer 2
consumer 2
producer return ok
producer 3
consumer 3
producer return ok
協程實現了CPU在兩個函數之間進行切換從而實現併發的效果。
非常感謝你的閱讀
大學的時候選擇了自學python,工作了發現吃了計算機基礎不好的虧,學歷不行這是沒辦法的事,只能後天彌補,於是在編碼之外開啓了自己的逆襲之路,不斷的學習python核心知識,深入的研習計算機基礎知識,整理好了,我放在我們的微信公衆號《程序員學府》,如果你也不甘平庸,那就與我一起在編碼之外,不斷成長吧!
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