Python 迭代器 深入理解 与应用示例

本篇文章简单谈谈可迭代对象,迭代器和生成器之间的关系。



三者简要关系图





可迭代对象与迭代器


刚开始我认为这两者是等同的,但后来发现并不是这样;下面直接抛出结论:

1)可迭代对象包含迭代器。
2)如果一个对象拥有__iter__方法,其是可迭代对象;如果一个对象拥有next方法,其是迭代器。
3)定义可迭代对象,必须实现__iter__方法;定义迭代器,必须实现__iter__和next方法。


你也许会问,结论3与结论2是不是有一点矛盾?既然一个对象拥有了next方法就是迭代器,那为什么迭代器必须同时实现两方法呢?

因为结论1,迭代器也是可迭代对象,因此迭代器必须也实现__iter__方法。

介绍一下上面涉及到的两个方法:

1)__iter__()

该方法返回的是当前对象的迭代器类的实例。因为可迭代对象与迭代器都要实现这个方法,因此有以下两种写法。

写法一:用于可迭代对象类的写法,返回该可迭代对象的迭代器类的实例。

写法二:用于迭代器类的写法,直接返回self(即自己本身),表示自身即是自己的迭代器。

也许有点晕,没关系,下面会给出两写法的例子,我们结合具体例子看。


2)next()

返回迭代的每一步,实现该方法时注意要最后超出边界要抛出StopIteration异常。


下面举个可迭代对象与迭代器的例子:

[python]  view plain  copy
  1. #!/usr/bin/env python  
  2. # coding=utf-8  
  3.   
  4.   
  5. class MyList(object):            # 定义可迭代对象类  
  6.   
  7.     def __init__(self, num):  
  8.         self.data = num          # 上边界  
  9.   
  10.     def __iter__(self):  
  11.         return MyListIterator(self.data)  # 返回该可迭代对象的迭代器类的实例  
  12.   
  13.   
  14. class MyListIterator(object):    # 定义迭代器类,其是MyList可迭代对象的迭代器类  
  15.   
  16.     def __init__(self, data):  
  17.         self.data = data         # 上边界  
  18.         self.now = 0             # 当前迭代值,初始为0  
  19.   
  20.     def __iter__(self):  
  21.         return self              # 返回该对象的迭代器类的实例;因为自己就是迭代器,所以返回self  
  22.   
  23.     def next(self):              # 迭代器类必须实现的方法  
  24.         while self.now < self.data:  
  25.             self.now += 1  
  26.             return self.now - 1  # 返回当前迭代值  
  27.         raise StopIteration      # 超出上边界,抛出异常  
  28.   
  29.   
  30. my_list = MyList(5)              # 得到一个可迭代对象  
  31. print type(my_list)              # 返回该对象的类型  
  32.   
  33. my_list_iter = iter(my_list)     # 得到该对象的迭代器实例,iter函数在下面会详细解释  
  34. print type(my_list_iter)  
  35.   
  36.   
  37. for i in my_list:                # 迭代  
  38.     print i  

运行结果:



问题:上面的例子中出现了iter函数,这是什么东西?和__iter__方法有关系吗?
其实该函数与迭代是息息相关的,通过在Python命令行中打印“help(iter)”得知其有以下两种用法。

用法一:iter(callable, sentinel)
不停的调用callable,直至其的返回值等于sentinel。其中的callable可以是函数,方法或实现了__call__方法的实例。

用法二:iter(collection)
1)用于返回collection对象的迭代器实例,这里的collection我认为表示的是可迭代对象,即该对象必须实现__iter__方法; 事实上iter函数与__iter__方法联系非常紧密,iter()是直接调用该对象的__iter__(),并把__iter__()的返回结果作为自己的返回值,故该用法常被称为“创建迭代器”。
2)iter函数可以显示调用,或当执行“for i in obj:”,Python解释器会在第一次迭代时自动调用iter(obj),之后的迭代会调用迭代器的next方法,for语句会自动处理最后抛出的StopIteration异常。


通过上面的例子,相信对可迭代对象与迭代器有了更具体的认识,那么生成器与它们有什么关系呢?下面简单谈一谈



生成器


生成器是一种特殊的迭代器,生成器自动实现了“迭代器协议”(即__iter__和next方法),不需要再手动实现两方法。

生成器在迭代的过程中可以改变当前迭代值,而修改普通迭代器的当前迭代值往往会发生异常,影响程序的执行。


看一个生成器的例子:

[python]  view plain  copy
  1. #!/usr/bin/env python  
  2. # coding=utf-8  
  3.   
  4.   
  5. def myList(num):      # 定义生成器  
  6.     now = 0           # 当前迭代值,初始为0  
  7.     while now < num:  
  8.         val = (yield now)                      # 返回当前迭代值,并接受可能的send发送值;yield在下面会解释  
  9.         now = now + 1 if val is None else val  # val为None,迭代值自增1,否则重新设定当前迭代值为val  
  10.   
  11. my_list = myList(5)   # 得到一个生成器对象  
  12.   
  13. print my_list.next()  # 返回当前迭代值  
  14. print my_list.next()  
  15.   
  16. my_list.send(3)       # 重新设定当前的迭代值  
  17. print my_list.next()  
  18.   
  19. print dir(my_list)    # 返回该对象所拥有的方法名,可以看到__iter__与next在其中  

运行结果:



具有yield关键字的函数都是生成器 ,yield可以理解为return,返回后面的值给调用者。不同的是return返回后,函数会释放,而生成器则不会。在直接调用next方法或用for语句进行下一次迭代时,生成器会从yield下一句开始执行,直至遇到下一个yield。

#生成器函数,函数里只要有yield关键字

def gen_func():
    yield 1
    yield 2
    yield 3


def fib(index):
    if index <= 2:
        return 1
    else:
        return fib(index-1) + fib(index-2)


def fib2(index):
    re_list = []
    n,a,b = 0,0,1
    while n<index:
        re_list.append(b)
        a,b = b, a+b
        n += 1
    return re_list


def gen_fib(index):
    n,a,b = 0,0,1
    while n<index:
        yield b
        a,b = b, a+b
        n += 1


for data in gen_fib(10):
    print (data)
# print (gen_fib(10))
# 斐波拉契 0 1 1 2 3 5 8
#惰性求值, 延迟求值提供了可能


def func():
    return 1


if __name__ == "__main__":
    #生成器对象, python编译字节码的时候就产生了,
    gen = gen_func()
    for value in gen:
        print (value)
    # re = func()
    # pass

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