详解Python3中的迭代器和生成器及其区别
介绍
本篇将介绍python3中的迭代器与生成器,描述可迭代与迭代器关系,并实现自定义类的迭代器模式。
迭代的概念
上一次输出的结果为下一次输入的初始值,重复的过程称为迭代,每次重复即一次迭代,并且每次迭代的结果是下一次迭代的初始值
注:循环不是迭代
while true: #只满足重复,因而不是迭代 print('====>')
迭代器
1.为什么要有迭代器?
对于没有索引的数据类型,必须提供一种不依赖索引的迭代方式。
2.迭代器定义:
迭代器:可迭代对象执行__iter__方法,得到的结果就是迭代器,迭代器对象有__next__方法
它是一个带状态的对象,他能在你调用next()方法的时候返回容器中的下一个值,任何实现了__iter__和__next__()方法的对象都是迭代器,__iter__返回迭代器自身,__next__返回容器中的下一个值,如果容器中没有更多元素了,则抛出stopiteration异常
可迭代的(iterable)
python标准库中存在着一些可迭代对象,例如:list, tuple, dict, set, str等。
可以对这些迭代对象,进行for-in等迭代操作,例如:
for s in "helloworld": print(s)
编译器若想迭代一个对象a,则会自动调用iter(a)获取该对象的迭代器(iterator),如果iter(a)抛出异常,则对象a不可迭代。
判断对象是否可迭代
原生函数iter(instance) 可以判断某个对象是否可迭代,它的工作流程大概分为以下3个步骤:
- 检查对象instance是否实现了__iter__方法,并调用它获取返回的迭代器(iterator)。
- 如果对象没有实现__iter__方法,但是实现了__getitem__方法,python会生成一个迭代器。
- 如果上述都失败,则编译器则抛出typeerror错误,‘xxx' object is not iterable。
自定义类实现__iter__方法
根据第一条,我们自定义类iter1实现__iter__方法使该类的对象可迭代。
class iter1: def __init__(self, text): self.text = text def __iter__(self): return iter(self.text) iter1 = iter1("hello") for s in iter1: print(s)
iter1类实现了__iter__方法,通过iter()调用,得到可迭代对象text的迭代器并返回,实现了迭代器协议,因此可以通过for-in等方式对该对象进行迭代。
第二条通常都是针对python中的序列(sequence)而定义,例如list,为了实现sequence协议,需要实现__getitem__方法。
class iter2: def __init__(self, sequence): self.sequence = sequence def __getitem__(self, item): return self.sequence[item] iter2 = iter2([1, 2, 3, 4]) for s in iter2: print(s)
实际上,为了避免版本后序改动,python标准库中的序列除了实现了__getitem__方法,也实现了__iter__方法,因此我们在定义序列时也应实现__iter__。
综上,如果显示判断某个对象是否可迭代,应该调用iter(instance)是否抛出异常,因为只实现了__getitem__的序列也是可迭代的(例子中iter2的对象是可迭代的,但isinstance(iter2, abc.iterator)返回结果是false)。同时,如果在调用iter后进行迭代操作不必显示判断,可以用try/except方式包装代码块。
iterable vs iterator(可迭代vs迭代器)
iterable定义
任何可以由原生函数iter获取到迭代器的对象
任何实现了__iter__方法并返回迭代器的对象
所有的序列(实现了__getitem__)
python通过获取到可迭代对象的迭代器(iterator)实现迭代,例如for-in的实现其实是在内部获取到了迭代器进行操作。for-in机制可以理解为下述代码:
s = 'hello' it = iter(s) while (true): try: print(next(it)) except stopiteration: del it break
stopiteration异常将在迭代器耗尽后被抛出,for-in、生成式(comprehension)、元组解压(tuple unpacking)等迭代操作都会处理并这个异常。
迭代器是个迭代值生产工厂,它保存迭代状态,并通过next()函数产生下一个迭代值。实现迭代器需要实现以下两个方法:
__iter__
返回self
__next__
返回下一个可用的元素,如果无可用元素则抛出stopiteration异常
迭代器实现__iter__,因此所有的迭代器都是可迭代的,下图展示了iterable和iterator的结构。
迭代器模式
实现一个自定义的迭代器模式需要两个类,分别为实现了__iter__方法的类和通过__iter__返回的迭代器实例类(实现了__iter__和__next__方法)。下面例子简单实现了上述功能。
class itertext: def __init__(self, text): self.text = text def __iter__(self): return iteratortext(self.text) class iteratortext: def __init__(self, text): self.text = text self.index = 0 def __iter__(self): return self def __next__(self): try: letter = self.text[self.index] except indexerror: raise stopiteration self.index += 1 return letter text = itertext("hey") for l in text: print(l)
可迭代的itertext实现了__iter__方法,返回了迭代器iteratortext实例。iteratortext实现了__next__方法返回下一个迭代元素直到抛出异常,同时iteratortext实现了__iter__方法返回自身对象用于迭代。
这里的itertext和iteratortext很容易混淆,如果在itertext中实现了__next__方法并将__iter__中返回自身实例self也可以实现上述功能,但通常可迭代对象和迭代器应当分开,这样在可迭代对象中的__iter__中可以返回不同的迭代器对象,使功能独立。
生成器(generator)
通过上述文章说明,迭代器通过next()不断产出下一个元素直到迭代器耗尽,而python中的生成器可以理解为一个更优雅的迭代器(不需要实现__iter__和__next__方法),实现了迭代器协议,它也可以通过next()产出元素。
python中的生成器主要分为两种类型:
生成器函数(generator function)返回得到的生成器:
包含yield关键字的函数称为生成器函数
def gen_func(): yield 1 yield 2 yield 3 g = gen_func()
生成器表达式(generator expression)返回得到的生成器
g = (i for i in (1, 2, 3))
我们可以利用生成器进行迭代操作:
for e in g: print(e) ## 生成器g已被耗尽,如果需要重新迭代需要重新获得新的生成器对象 g = gen_func() for e in g: print(e)
利用生成器代替可迭代中的__iter__迭代器
在迭代器模式章节中,我们在可迭代itertext中的__iter__返回迭代器iteratortext实例,然而使用生成器的方式会使代码更加优雅。
class itertext: def __init__(self, text): self.text = text def __iter__(self): for letter in self.text: yield letter
因为yield存在于__iter__,因此__iter__变成了生成器函数,调用它测返回一个生成器,同时生成器又实现了迭代器协议,因此itertext满足了可迭代的需求。
总结
本篇介绍了python中的可迭代(iterable)、迭代器(iterator)以及它们的关系,并讲述了迭代器模式的实现,同时通过python中的生成器完善了迭代器模式。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。
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