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Python中的生成器原理是什么

什么是python生成器生成器是一种特殊的迭代器,它内部也有__iter__方法和__next__方法,在终止生成器的时候,还是会抛StopIteration异常以此来退出循环,只不过相比于迭代器,生成器还有特性会保存“中间值”,下次运行的时候,还会借助这个“中间值”来操作。生成器的关键字是yield,我们下面来写一个最简单的生成器。#!/usr/bin/envpythondefprintNums():i=0whilei

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    什么是python生成器

    生成器是一种特殊的迭代器,它内部也有__iter__方法和__next__方法,在终止生成器的时候,还是会抛StopIteration异常以此来退出循环,只不过相比于迭代器,生成器还有特性会保存“中间值”,下次运行的时候,还会借助这个“中间值”来操作。生成器的关键字是yield,我们下面来写一个最简单的生成器。

    #!/usr/bin/env python
    
    def printNums():
        i = 0
        while i<10:
            yield i
            i = i + 1
    
    
    def main():
        for i in printNums():
            print(i)
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

    粗看代码,可能会觉着这个是个啥啊,为啥不直接用range来生成,偏偏要用yield,哎,不急,我们接着往下看为什么需要生成器,或者说,生成器解决了什么问题。

    为什么需要python生成器

    在说明这个问题之前,我们先来写一个需求,输出 0——10000000 以内的数据,而后运行查看导出内存运行截图。

    调用python程序内存信息辅助说明

    这里可以借助python的memory_profiler模块来检测程序内存的占用情况。

    安装memory_profiler库:

    pip3 install memory_profiler

    使用方法很简单,在需要检测的函数或者是代码前添加@profile装饰器即可,例如:

    @profile
    def main():
        pass

    生成.dat文件

    mprof run

    导出图示,可以使用

    mprof plot --output=filename

    python案例代码

    以下2个程序,都是输出0—9999999之间的数据,不同的是,第一个程序是使用range而后给append进list中,第二个则是使用迭代器来生成该数据。

    main.py程序

    @profile
    def main():
        data = list(range(10000000))
        for i in data:
            pass
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

    main_2.py程序

    def printNum():
        i = 0 
        while i < 10000000:
            yield i
            i = i + 1
    
    @profile
    def main():
        for i in printNum():
            pass
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

    运行程序

    代码也有了,就可以按照上述来运行一下程序,并且导出内存信息

    Python中的生成器原理是什么

    运行后内存信息查看

    main.py 运行内存图

    Python中的生成器原理是什么

    main_2.py 运行内存图

    Python中的生成器原理是什么

    如上2张对比图,当我们将数据叠加进列表,再输出的时候,占用内存接近400M,而使用迭代器来计算下一个值内存仅使用16M。

    通过上述案例,我们应该知道为什么要使用生成器了吧。

    python生成器原理

    由于生成器表达式yield语句涉及到了python解释权内部机制,所以很难查看其源码,很难获取其原理,不过我们可以利用yield的暂停机制,来探寻一下生成器。

    可以编写如下代码:

    def testGenerator():
        print("进入生成器")
        yield "pdudo"
        print("第一次输出")
        yield "juejin"
        print("第二次输出")
    
    def main():
        xx = testGenerator()
        print(next(xx))
        print(next(xx))
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

    运行后效果如下

    Python中的生成器原理是什么

    通过上述实例,再结合下面这段生成器的运行过程,会加深对生成器的感触。

    当python遇到yield语句时,会记录当前函数的运行状态,并且暂停执行,将结果抛出。会持续等待下一次调用__next__方法,该方法调用后,会恢复函数的运行,直至下一个yield语句或者函数结束,执行到最后没有yield函数可执行的时候,会抛StopIteration来标志生成器的结束。

    生成器表达式

    在python中,生成器除了写在函数中,使用yield返回之外,还可以直接使用生成器表达式,额。。。可能很抽象,但是你看下面这段代码,你就明白了。

    def printNums():
        for i in [1,2,3,4,5]:
            yield i
    
    def main():
        for i in printNums():
            print(i)
    
        gener = (i for i in [1,2,3,4,5])
        for i in gener:
            print(i)
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

    其中,代码(i for i in [1,2,3,4,5])就等同于printNums函数,其类型都是生成器,我们可以使用type打印出来看下。

    改下代码,输出结果如下:

    Python中的生成器原理是什么

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