Python基础之三器（装饰器&生成器&迭代器）

一. 装饰器

1、装饰器的作用

- 1.装饰器作用：

• 本质是函数（装饰其他函数）就是为其他函数添加其他功能
• 装饰器必须准寻得原则：
• 1）不能修改被装饰函数的源代码
• 2）不能修改被装饰函数的调用方式

2．实现装饰器知识储备：

• 1）函数即“变量”
• 2）高阶函数
• 3）嵌套函数 高阶函数+潜逃函数=》装饰器

2、使用高阶函数模仿装饰器功能

• 1）定义：把一个函数名当做实参传给另一个函数
• 2）返回值中包含函数名

• 3）下面使用高阶函数虽然可以实现装饰器的一些功能，但是违反了装饰器不能改变调用方式的原则，以前使用bar()现在将调用方式改编成了test1(bar)就是将bar的函数名当做变量传给了test1()

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time

def timer(func):
    start_time = time.time()
    func()
    print '函数执行时间为', time.time() - start_time

def test():
    print '开始执行test'
    time.sleep(3)
    print 'test执行结束'


timer(test)
'''
开始执行test
test执行结束
函数执行时间为 3.00332999229
'''

• 4）高阶函数——不修改高阶函数的调用方式增加新的功能（但是无法传参数）
• 注：bar = test2(bar) 等价于：@timer重新将函数名bar赋值，将原函数bar的内存地址当做实参传递该函数test2()，再将test2()赋值给bar

import time
def bar():
    time.sleep(3)
    print("in the bar")
def test2(func):
    print(func)
    return func
bar = test2(bar)
bar()

• 5）嵌套函数：在一个函数中嵌套另一个函数，并在函数内部调用

def foo():
    print("in the foo")
    def bar():
        print("in the bar")
    bar()
foo()

3、装饰器1----能够适应90%的业务需求

在装饰器中 @timer等价于 test1=timer(test1)

• 在timer()函数中返回值是return deco
• 所以timer(test1)作用是将函数test1内存地址当做参数传递给timer()
• timer() 函数最后将运行后的函数deco内存地址作为返回值返回
• test1=timer(test1)作用就是将将deco函数内存地址赋值给test1,所以最后运行test1()就相当于运行deco()
• 所以最后调用时给test2()传入参数就相当于给deco传入参数

import time
def timer(func):   #timer(test1)  func=test1
    def deco(*args,**kwargs):
        start_time = time.time()
        func(*args,**kwargs)      #run test1
        stop_time = time.time()
        print("running time is %s"%(stop_time-start_time))
    return deco
@timer     # test1=timer(test1)
def test1():
    time.sleep(3)
    print("in the test1")
@timer
def test2(name):
    print("in the test2",name)
test1()
test2("tom")

4、装饰器2----对特定网页进行身份验证

import time
user,passwd = 'aaa','123'
def auth(func):
    def wrapper(*args,**kwargs):
        username = input("Username:").strip()
        password = input("Password:").strip()
        if user == username and password == passwd:
            print("User has passed authentication")
            res = func(*args,**kwargs)   #这里执行func()相当于执行调用的函数如home()
            return res          #为了获得home()函数返回值，可以将执行结果赋值给res然后返回print(home())结果是"from home"而不是"None"了
        else:
            exit("Invalid username or password")
    return wrapper
def index():
    print("welcome to index page")
@auth
def home():
    print("welcome to home page")
    return "from home"
@auth
def bbs():
    print("welcome to bbs page")
index()
print(home())   #在这里调用home()相当于调用wrapper()
bbs()

5、装饰器3----终极篇：实现对不同网页不同方式的身份认证

@auth(auth_type=“local”)代码作用
在上面的代码中使用@auth相当于先将home函数的内存地址当做变量传入auth()函数，执行结果后home()相当于wrapper()
而在这里验证的时候犹豫@auth(auth_type=“local”)中有()括号，那么就相当于将执行auth()函数而且是将auth_type="local当做参数传入到auth()函数执行
所以outer_wrapper函数也会执行，outer_wrapper函数的执行结果返回的就是wrapper()函数的内存地址
所以最终结果同样是执行home()函数就相当于执行wrapper函数
但是有所不同的是着这个版本中我们可以在外层的auth函数中传入新的参数帮组我们根据需求判断

import time
user,passwd = 'aaa','123'
def auth(auth_type):
    print("auth func:",auth_type)
    def outer_wrapper(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print("wrapper func args:", *args, **kwargs)
            if auth_type == "local":
                username = input("Username:").strip()
                password = input("Password:").strip()
                if user == username and passwd == password:
                    print("\033[32;1mUser has passed authentication\033[0m")
                    res = func(*args, **kwargs)  # from home
                    print("---after authenticaion ")
                    return res
                else:
                    exit("\033[31;1mInvalid username or password\033[0m")
            elif auth_type == "ldap":
                print("搞毛线ldap,不会。。。。")

        return wrapper
    return outer_wrapper

def index():
    print("welcome to index page")
@auth(auth_type="local") # home = wrapper()
def home():
    print("welcome to home  page")
    return "from home"

@auth(auth_type="ldap")
def bbs():
    print("welcome to bbs  page")

index()
print(home()) #wrapper()
bbs()

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time
def auth(auth_type):
    print("auth func:",auth_type)
    def outer_wrapper(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print("wrapper func args:", *args, **kwargs)
            print('运行前')
            func(*args, **kwargs)
            print('运行后')
        return wrapper
    return outer_wrapper

@auth(auth_type="local") # home = wrapper()
def home():
    print("welcome to home  page")
    return "from home"
home()

6、使用闭包实现装饰器功能

1）闭包概念

• 在一个外函数中定义了一个内函数，内函数里运用了外函数的临时变量，并且外函数的返回值是内函数的引用，这样就构成了一个闭包
• 一般情况下，在我们认知当中，如果一个函数结束，函数的内部所有东西都会释放掉，还给内存，局部变量都会消失。
• 但是闭包是一种特殊情况，如果外函数在结束的时候发现有自己的临时变量将来会在内部函数中用到，就把这个临时变量绑定给了内部函数，然后自己再结束。

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import time

def timer(func):                    #timer(test1)  func=test1
    def deco(*args,**kwargs):       # # 函数嵌套
        start_time = time.time()
        func(*args,**kwargs)        # 跨域访问，引用了外部变量func   (func实质是函数内存地址)
        stop_time = time.time()
        print "running time is %s"%(stop_time-start_time)
    return deco                    # 内层函数作为外层函数返回值

def test(name):
    print "in the test2",name
    time.sleep(2)

test = timer(test)   # 等价于 ==》 @timer语法糖
test("tom")
'''
运行结果：
in the test2 tom
running time is 2.00302696228
'''

二. 生成器

定义：

• 生成器，即生成一个容器。
• 在Python中，一边循环，一边计算的机制，称为生成器。
• 生成器可以理解为一种数据类型，这种数据类型自动实现了迭代器协议（其他数据类型需要调用自己的内置iter（）方法或__iter__()的内置函数），所以，生成器就是一个可迭代对象。

生成器的作用：

• 通过列表生成式，我们可以直接创建一个列表，但是，受到内存限制，列表容量肯定是有限的。
• 而且，创建一个包含100万个元素的列表，不仅占用很大的存储空间，如果我们仅仅需要访问前面几个元素，那后面绝大多数元素占用的空间都白白浪费了。
• 所以，如果列表元素可以按照某种算法推算出来，那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢？
• 这样就不必创建完整的list，从而节省大量的空间。在Python中，这种一边循环一边计算的机制，称为生成器：generator。
• 要创建一个generator，有很多种方法，第一种方法很简单，只要把一个列表生成式的[]改成()，就创建了一个generator：

print( [i*2 for i in range(10)] )             #列表生成式： [0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]
print( (i*2 for i in range(10)) )             #生  成  器： <generator object <genexpr> at 0x005A3690>

• 我们可以直接打印出list的每一个元素，但我们怎么打印出generator的每一个元素呢？
• 如果要一个一个打印出来，可以通过next()函数获得generator的下一个返回值：

g = (i*2 for i in range(10))
print( g.__next__() )               # 0
print( g.__next__() )               # 2

生成器工作原理：

• 1）生成器是这样一个函数，它记住上一次返回时在函数体中的位置。
• 2）对生成器函数的第二次（或第 n 次）调用跳转至该函数中间，而上次调用的所有局部变量都保持不变。
• 3）生成器不仅“记住”了它数据状态；生成器还“记住”了它在流控制构造（在命令式编程中，这种构造不只是数据值）中的位置。
• 4）生成器是一个函数，而且函数的参数都会保留。
• 5）迭代到下一次的调用时，所使用的参数都是第一次所保留下的，即是说，在整个所有函数调用的参数都是第一次所调用时保留的，而不是新创建的

yield生成器运行机制：

• 1）在Python中，yield就是这样的一个生成器。
• 2）当你问生成器要一个数时，生成器会执行，直至出现 yield 语句，生成器把yield 的参数给你，之后生成器就不会往下继续运行。
• 3）当你问他要下一个数时，他会从上次的状态开始运行，直至出现yield语句，把参数给你，之后停下。如此反复
• 4）在python中，当你定义一个函数，使用了yield关键字时，这个函数就是一个生成器
• 5）它的执行会和其他普通的函数有很多不同，函数返回的是一个对象，而不是你平常所用return语句那样，能得到结果值。如果想取得值，那得调用next()函数
• 6）每当调用一次迭代器的next函数，生成器函数运行到yield之处，返回yield后面的值且在这个地方暂停，所有的状态都会被保持住，直到下次next函数被调用，或者碰到异常循环退出。

def fib(max_num):
    a,b = 1,1
    while a < max_num:
        yield b
        a,b=b,a+b

g = fib(10)               #生成一个生成器：[1，2, 3, 5, 8, 13]
print(g.__next__())       #第一次调用返回：1
print(list(g))            #把剩下元素变成列表：[2, 3, 5, 8, 13]

yield实现单线程下的并发效果：

• 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的下一条语句开始执行。
• send()和next()一样，都能让生成器继续往下走一步（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

def consumer(name):
    print("%s 准备吃包子啦!" %name)
    while True:
       baozi = yield
       print("包子[%s]来了,被[%s]吃了!" %(baozi,name))
c = consumer("Tom")
c.__next__()
b1 = "韭菜馅包子"
c.send(b1)

# c.send(b1)作用：
# c.send()的作用是给yied的传递一个值，并且每次调用c.send()的同时自动调用一次__next__
'''运行结果：
Tom 准备吃包子啦!
包子[韭菜馅包子]来了,被[Tom]吃了!
'''

import time
def consumer(name):
    print("%s 准备吃包子啦!" %name)
    while True:
       baozi = yield
       print("包子[%s]来了,被[%s]吃了!" %(baozi,name))
def producer(name):
    c = consumer('A')
    c2 = consumer('B')
    c.__next__()
    c2.__next__()
    print("老子开始准备做包子啦!")
    for i in range(10):
        time.sleep(1)
        print("做了2个包子!")
        c.send(i)
        c2.send(i)
producer("alex")

三. 迭代器

定义：

• 迭代器是访问集合元素的一种方式。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。使用inter()函数创建迭代器

迭代器和生成器的区别：

在使用生成器时，创建一个函数，在使用迭代器时，使用内置函数iter()和next()，在生成器中，使用关键字‘yield’来每次生成/返回一个对象
每次’yield’暂停循环时，生成器会保存本地变量的状态，而迭代器并不会使用局部变量，只需要一个可迭代对象进行迭代
使用类可以实现迭代器，但无法实现生成器，生成器运行速度快，语法简单，迭代器更能节约内存

迭代器和可迭代对象：

• 凡是可作用于for循环的对象都是可迭代的（Iterable）类型；
• 凡是可作用于next()函数的对象都是迭代器（Iterator）类型，它们表示一个惰性计算的序列；
• 集合数据类型如list、dict、str等是可迭代的但不是迭代器，不过可以通过iter()函数获得一个Iterator对象。
• Python的for循环本质上就是通过不断调用next()函数实现的
  • 总结： 一个实现了__iter__方法的对象是可迭代的，一个实现next方法的对象是迭代器

迭代器的两个方法：

• 1.迭代器仅是一容器对象，它实现了迭代器协议。它有两个基本方法
  • ㈠ next方法
    • 返回容器的下一个元素
  • ㈡ __iter__方法
    • 返回迭代器自身
• 2.迭代器是访问集合内元素的一种方式。迭代器对象从集合的第一个元素开始访问，直到所有的元素都被访问一遍后结束。
• 3.__iter__方法会返回一个迭代器(iterator)，所谓的迭代器就是具有next方法的对象。
• 4.在调用next方法时，迭代器会返回它的下一个值，如果next方法被调用，但迭代器中没有值可以返就会引发一个StopIteration异常

a = iter([1,2,])              #生成一个迭代器
print(a.__next__())
print(a.__next__())
print(a.__next__())           #在这一步会引发  “StopIteration” 的异常

判断是迭代器和可迭代对象：

　注：列表，元组，字典是可迭代的但不是迭代器
from collections import Iterable
print(isinstance([],Iterable))                               #True
print(isinstance({},Iterable))                               #True
print(isinstance((),Iterable))                               #True
print(isinstance("aaa",Iterable))                           #True
print(isinstance((x for x in range(10)),Iterable))          #True

列表不是迭代器，只有生成器是迭代器：

from collections import Iterator
t = [1,2,3,4]
print(isinstance(t,Iterator))           #False
t1 = iter(t)
print(isinstance(t1,Iterator))          #True

自定义迭代器：

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyRange(object):
    def __init__(self, n):
        self.idx = 0
        self.n = n

    def __iter__(self):
        return self

    def next(self):
        if self.idx < self.n:
            val = self.idx
            self.idx += 1
            return self.n[val]
        else:
            raise StopIteration()


l = [4,5,6,7,8]
obj = MyRange(l)
print obj.next()      # 4
print obj.next()      # 5
print obj.next()      # 6

迭代器与生成器：

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*
l = [1,2,3,4,5]                  # 列表是一个可迭代对象，不是一个迭代器
print dir(l)                     # 所以 l 中有 __iter__() 方法，没有 __next__()方法
iter_obj = l.__iter__()          # __iter__()方法返回迭代器对象本身(这个迭代器对象就会有 next 方法了)

print '###################################\n'
print iter_obj.next()     # 1
print iter_obj.next()     # 2
print iter_obj.next()     # 3