一语道破 python 迭代器和生成器

news2024/9/28 17:23:33

简而言之：迭代器是一个抽象化的概念，在python中表示访问数据集合中元素的一种方式；生成器也是一个抽象化的概念，在python 中，边循环边生成所需数据，是一种时间换空间的方法。从访问数据方式上来看：生成器是一种特殊的迭代器。

一、迭代和可迭代对象

1、什么是迭代：

2、什么是可迭代对象：

二、迭代器

三、生成器

四、使用场景和总结

一、迭代和可迭代对象

1、什么是迭代：

迭代：迭代是通过循环结构（如 for 循环、while 循环等）来实现重复执行代码的方法。程序会根据条件或计数器的变化，反复执行一段代码，直到满足某个终止条件为止。
递归：递归是通过函数调用自身来解决问题的方法。函数在执行过程中会不断地调用自己，直到遇到终止条件才停止递归。

2、什么是可迭代对象：

如 list、tuple、dict、set、str、range、enumerate 等这些可以直接用于 for 循环的对象称为可迭代（Iterable）对象，也即它们是可迭代的。

可迭代对象，需要提供 __iter__()方法，否则不能被 for 语句处理。

iter() 内建方法可以把list、dict、str等可迭代对象转换成迭代器

除字典外，一个对象只要实现了 __getitem__() 方法，就认为它是序列类型，序列类型总是可迭代的。对于序列类型，字典，还有更复杂的可迭代类型如 range，Python 内建了对应的迭代器对它们进行迭代操作，它们无需实现 __next__() 方法，iter() 函数会返回对应的内建迭代器。

二、迭代器

迭代器通过类来实现，在类中需要定义两个方法 __iter__() 和 __next__()方法

__iter__() 方法返回迭代器对象自身，

__next__() 方法返回下一个元素的值，在没有更多元素可提供时引发 StopIteration 异常

class MyIterator:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.index = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.index < len(self.data):
            value = self.data[self.index]
            self.index += 1
            return value
        else:
            raise StopIteration

# 使用自定义迭代器
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
my_iterator = MyIterator(my_list)

for num in my_iterator:
    print(num)

三、生成器

如果我们要处理更多元素，那么所占内存就呈线性增大，所以受到内存限制，列表容量是有限的。通常我们并不会一次处理所有元素，而只是集中在其中的某些相邻的元素上。所以如果列表元素可以用某种算法用已知量推导出来，就不必一次创建所有的元素。这种边循环边计算的机制，称为生成器（generator），生成器是用时间换空间的典型实例。

生成器通常由两种方式生成，用小括号()表示的生成器表达式（generator expression）和生成器函数（generator function）

生成器表达式和生成器函数产生生成器时，会自动生成名为 __iter__ 和 __next__ 的方法

下面关于生成器表达式和生成器函数的代码，来源于链接3

list0 = [x * x for x in range(5)]
print(list0)

list_generator0 = (x * x for x in range(5))
print(list_generator0)

list_generator1 = (x * x for x in range(5000000))
print(sys.getsizeof(list_generator0))
print(sys.getsizeof(list_generator1))

>>>
[0, 1, 4, 9, 16]
<generator object <genexpr> at 0x000002C7B9955B48>
88
88

def fibonacci(n):
    i, j = 0, 1

    while(i < n):
        print(i, end=' ')
        i, j = j, i + j

fibonacci(5)
print(type(fibonacci))
>>>
0 1 1 2 3 <class 'function'>