详解python中的生成器、迭代器、闭包、装饰器

时间:2021-04-03 人气:0

迭代是访问集合元素的一种方式。迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象。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。

1|1可迭代对象

以直接作用于 for 循环的数据类型有以下几种：

一类是集合数据类型，如 list 、 tuple 、 dict 、 set 、 str 等；
一类是 generator ，包括生成器和带 yield 的generator function。

这些可以直接作用于 for 循环的对象统称为可迭代对象： Iterable 。

1|2判断是否可以迭代

可以使用 isinstance() 判断一个对象是否是 Iterable 对象：

from collections import Iterable
isinstance([],Iterable)
# True
isinstance({},Iterable)
# True
isinstance(123,Iterable)
# False
isinstance((x for x in range(10)),Iterable)
# True

1|3什么是迭代器

可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器：Iterator。

可以使用 isinstance() 判断一个对象是否是 Iterator 对象：

from collections import Iterator
isinstance([],Iterator)
False
isinstance({},Iterator)
False
isinstance((x for x in range(10)),Iterator) # 
True

生成器都是迭代器。

1|4iter()函数

虽然list 、 tuple 、 dict 、 set 、 str 等是可迭代对象，但他们不是迭代器。可以通过iter()函数把可迭代对象编程迭代器。

isinstance(iter([]),Iterator)
# True
isinstance(iter({}),Iterator)
# True
isinstance(iter("asdf"),Iterator)
# True

1|5总结：

凡是可作用于 for 循环的对象都是 Iterable 类型。
凡是可作用于 next() 函数的对象都是 Iterator 类型。
集合数据类型如 list 、 dict 、 str 等是 Iterable 但不是 Iterator ，不过可以通过 iter() 函数获得一个 Iterator 对象。

2|0生成器

2|1什么是生成器

我们可以通过列表生成式来创建一个列表，但是收到内存的限制，列表的容量肯定是有限的。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。

1|1修改列表推导式创建生成器的方法

最简单的方法是把列表生成式中的 [ ] 改成 ( ) 就好了。

a = [x for x in range(10)]
print(a) # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
b = (x for x in range(10))
print(b) # <generator object <genexpr> at 0x03387DB0>

如何遍历生成器

我们发现生成器不是能直接打印出来的，我们可以通过next()函数来获得生成器的下一个返回值。

生成器保存的是算法，每次调用 next(G) ，就计算出 G 的下一个元素的值，直到计算到最后一个元素，没有更多的元素时，抛出 StopIteration 的异常。

**使用next() 或者__next __():**
print(next(b))
# 0
print(next(b))
# 1
print(next(b))
# 2
print(next(b))
# 3
print(next(b))
# 4
print(next(b))
# 5
print(b.__next__())
# 6
print(b.__next__())
# 7
print(b.__next__())
# 8
print(b.__next__())
# 9
print(b.__next__())
# Traceback (most recent call last):
# File "<input>", line 2, in <module>
# StopIteration

那么有什么简单的方法呢？因为生成器是可迭代对象，也可以使用for循环来遍历它，并且不需要关心 StopIteration 异常。

b = (x for x in range(10))
for x in b:
 print(x)
# 0
# 1
# 2
# 3
#...

1|2函数中使用yield创建生成器的方法

如果如果生成器推算的算法比较复杂，用类似列表生成式的 for 循环无法实现的时候，还可以用函数来实现。把你要返回的值前面加yield 即可。

使用函数实现上面代码：

def fn():
 for x in range(3):
  yield x
# 遍历函数实现的生成器
f = fn()
print(next(f))
# 0
print(next(f))
# 1
print(next(f))
# 2
print(next(f))
# Traceback (most recent call last):
# File "<input>", line 1, in <module>
# StopIteration

使用生成器实现斐波拉契数列：

def fib(count):
 n = 0
 a,b = 0,1
 while n < count:
  yield b
  a,b = b,a+b
  n += 1
 return "done"
f = fib(5)
print(next(f))
# 1
print(next(f))
# 1
print(next(f))
# 2
print(next(f))
# 3
print(next(f))
# 5
print(next(f))
# Traceback (most recent call last):
# File "<input>", line 1, in <module>
# StopIteration: done

yield执行流程

当执行next(f)时，函数开始执行到yield，yield 右边的变量x作为next()的返回值被返回，此时函数保存当前的运行状态，并暂停执行。
再次调用next(f)时，函数从上次暂停的位置开始继续执行，再次遇到yield时重复上面的操作
直到生成器遍历结束

我们在循环过程中不断调用 yield ，就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环，不然就会产生一个无限数列出来。同样的，把函数改成generator后，我们基本上从来不会用 next() 来获取下一个返回值，而是直接使用 for 循环来迭代：

for x in fib(5):
 print(x)
# 1
# 1
# 2
# 3
# 5

但是用for循环调用generator时，发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值，必须捕获StopIteration错误，返回值包含在StopIteration的value中：

f = fib(5)
while True:
 try:
  print(next(f))
 except StopIteration as e:
  print("生成器返回值:%s"%e.value)
  break
# 1
# 1
# 2
# 3
# 5
# 生成器返回值:done

1|3send方法

def gen():
 i = 0
 while i<3:
  temp = yield i
  print(temp)
  i+=1
g = gen()
print(g.__next__())
# 0
print(g.send(None))
# None
# 1
print(next(g))
# None
# 2
print(g.send("哈哈")
# 哈哈
# Traceback (most recent call last):
# File "<input>", line 1, in <module>
# StopIteration

上面代码可以看出next()、next ()、send(None)是等价的并没有什么区别。

send()其实是比他们更高级的，在之前的代码中yield i是没有返回值的即输出为None。
如果修改send()的形参，那么yield i 的返回值就是括号中的形参，在上面的代码中g.send("哈哈")相当于temp = "哈哈"，并且g.send("哈哈")的返回值就是变量i。
使用send时要注意，第一次调用生成器对象时，send()不能传参数否则会报错，第一次必须是send(None)，或者第一次调
用next()、next ()也可以。

3|0闭包

3|1什么是闭包

在函数内部再定义一个函数，并且这个函数用到了外边函数的变量，那么将这个函数以及用到的一些变量称之为闭包

def test(number):
 def test_in(number_in):
  print("test_in函数 的number_in=%s"%number_in)
  return number_in+number
 # 返回test_in函数的引用
 return test_in
ret = test(20)
print(ret(100)) # 相当于直接调用test_in函数，并给它传值100
# test_in函数 的number_in=100
# 120
print(ret(200))
# test_in函数 的number_in=200
# 220

3|2闭包的一个例子

在数学中，一次函数：y=kx+b，在一条确定的直线中，它的k、b是不变的。求y时，根据确定的k、b、x来求出。

def line_conf(k, b):
 def line(x):
  return k*x + b
 return line

line1 = line_conf(1, 1)
line2 = line_conf(4, 5)
print(line1(5))
print(line2(5))
# 6
# 25

如果没有闭包，我们需要每次创建直线函数的时候同时说明a,b,x。这样，我们就需要更多的参数传递，也减少了代码的可移植性。

4|0装饰器
4|1什么是装饰器

装饰器就是对一个函数进行装饰，给这个函数增加额外的功能。

def logging(func):
 def wrap():
  print("正在打印日志！")
  func()
 return wrap

@logging # 该装饰器为函数增加了打印日志的额外功能，并且之前函数内部代码不会改变。

def login():
 print("张三正在登陆。")
login()
# 正在打印日志！
# 张三正在登陆。
4|2两个装饰器
def makeBold(fn1):
 def wrapped():
  print("----1----")
  return "<b>"+fn1()+"</b>"
 return wrapped

def makeItalic(fn2):
 def wrapped():
  print("----2----")
  return "<i>"+fn2()+"</i>"
 return wrapped

@makeBold
@makeItalic
def f1():
 print("----3----")
 return "hello world"

ret = f1() # 此时f1并不是f1函数，它是makeBold装饰器返回的wrapped函数的引用。
print(ret)
"""
输出结果：
----1----
----2----
----3----
<b><i>hello world</i></b>
"""

调用流程：

把函数f1的引用传入装饰器makeItalic中的变量fn2，此时fn2指向f1函数。
把装饰器makeItalic中wrapped函数的引用传入装饰器makeBold的变量fn1，此时fn1指向装饰器makeItalic中的wrapped函数。
ret = f1()表是执行f1所指向的函数，并返回给ret。

4|3装饰器带参数

一般情况下装饰器内部函数的参数都是不定长参数，保证通用性，确保装饰任何函数时都不会出错。

def logging(func):
 def wrap(*args,**kwargs):
  print("正在打印日志！")
  func(*args,**kwargs)
 return wrap