前言

這篇博客寫了很久，其實寫每一篇博客用的時間還是挺長的，不夠這有利于自己的學習，也想分享一下。之前也說了創(chuàng)建了一個微信群，Python 學習討論群，現(xiàn)在只有 40 個左右的小伙伴，如果有興趣加入學習討論的話，可以加我微信:androidwed,拉你進群。想看回之前的文章，也可以通過 Gitbook 查看，歡迎提出問題和點下 star，及時查看更新。

目錄

草根學Python（七） 迭代器和生成器

一、迭代

什么叫做迭代？

比如在 Java 中，我們通過 List 集合的下標來遍歷 List 集合中的元素，在 Python 中，給定一個 list 或 tuple，我們可以通過 for 循環(huán)來遍歷這個 list 或 tuple ，這種遍歷就是迭代。

可是，Python 的 for 循環(huán)抽象程度要高于 Java 的 for 循環(huán)的，為什么這么說呢？因為 Python 的 for 循環(huán)不僅可以用在 list 或tuple 上，還可以作用在其他可迭代對象上。也就是說，只要是可迭代的對象，無論有沒有下標，都是可以迭代的。

比如：

# -*- coding: UTF-8 -*-

# 1、for 循環(huán)迭代字符串
for char in 'liangdianshui' :
    print ( char , end = ' ' )

print('\n')

# 2、for 循環(huán)迭代 list
list1 = [1,2,3,4,5]
for num1 in list1 :
    print ( num1 , end = ' ' )

print('\n')

# 3、for 循環(huán)也可以迭代 dict （字典）
dict1 = {'name':'兩點水','age':'23','sex':'男'}

for key in dict1 :    # 迭代 dict 中的 key
    print ( key , end = ' ' )

print('\n')

for value in dict1.values() :   # 迭代 dict 中的 value
    print ( value , end = ' ' )

print ('\n')

# 如果 list 里面一個元素有兩個變量，也是很容易迭代的
for x , y in [ (1,'a') , (2,'b') , (3,'c') ] :
    print ( x , y )

輸出的結(jié)果如下：

l i a n g d i a n s h u i 

1 2 3 4 5 

name age sex 

兩點水 23 男 

1 a
2 b
3 c

二、Python 迭代器

上面簡單的介紹了一下迭代，迭代是 Python 最強大的功能之一，是訪問集合元素的一種方式。現(xiàn)在正式進入主題：迭代器，迭代器是一個可以記住遍歷的位置的對象。

迭代器對象從集合的第一個元素開始訪問，直到所有的元素被訪問完結(jié)束。

迭代器只能往前不會后退。

迭代器有兩個基本的方法：iter() 和 next(),且字符串，列表或元組對象都可用于創(chuàng)建迭代器，迭代器對象可以使用常規(guī) for 語句進行遍歷，也可以使用 next() 函數(shù)來遍歷。

具體的實例：

# 1、字符創(chuàng)創(chuàng)建迭代器對象
str1 = 'liangdianshui'
iter1 = iter ( str1 )

# 2、list對象創(chuàng)建迭代器
list1 = [1,2,3,4]
iter2 = iter ( list1 )

# 3、tuple(元祖) 對象創(chuàng)建迭代器
tuple1 = ( 1,2,3,4 )
iter3 = iter ( tuple1 )

# for 循環(huán)遍歷迭代器對象
for x in iter1 :
    print ( x , end = ' ' )

print('\n------------------------')
 
# next() 函數(shù)遍歷迭代器
while True :
    try :
        print ( next ( iter3 ) )
    except StopIteration :
        break

最后輸出的結(jié)果：

l i a n g d i a n s h u i 
------------------------
1
2
3
4

三、lsit 生成式（列表生成式）

1、創(chuàng)建 list 的方式

之前經(jīng)過我們的學習，都知道如何創(chuàng)建一個 list ，可是有些情況，用賦值的形式創(chuàng)建一個 list 太麻煩了，特別是有規(guī)律的 list ，一個一個的寫，一個一個賦值，太麻煩了。比如要生成一個有 30 個元素的 list ，里面的元素為 1 - 30 。我們可以這樣寫：

# -*- coding: UTF-8 -*-

list1=list ( range (1,31) )
print(list1)

輸出的結(jié)果：

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30]

這個其實在之前也有提到過：比如有個例子，打印九九乘法表，用這個方法其實就幾句代碼就可以了，具體可以看之前的這個章節(jié)：條件語句和循環(huán)語句綜合實例

但是，如果用到 list 生成式，可以一句代碼就生成九九乘法表了。具體看代碼：

print('\n'.join([' '.join ('%dx%d=%2d' % (x,y,x*y)  for x in range(1,y+1)) for y in range(1,10)]))

最后輸出的結(jié)果：

1x1= 1
1x2= 2 2x2= 4
1x3= 3 2x3= 6 3x3= 9
1x4= 4 2x4= 8 3x4=12 4x4=16
1x5= 5 2x5=10 3x5=15 4x5=20 5x5=25
1x6= 6 2x6=12 3x6=18 4x6=24 5x6=30 6x6=36
1x7= 7 2x7=14 3x7=21 4x7=28 5x7=35 6x7=42 7x7=49
1x8= 8 2x8=16 3x8=24 4x8=32 5x8=40 6x8=48 7x8=56 8x8=64
1x9= 9 2x9=18 3x9=27 4x9=36 5x9=45 6x9=54 7x9=63 8x9=72 9x9=81

不過，這里我們先要了解如何創(chuàng)建 list 生成式

2、list 生成式的創(chuàng)建

首先，lsit 生成式的語法為：

[expr for iter_var in iterable] 
[expr for iter_var in iterable if cond_expr]

第一種語法：首先迭代 iterable 里所有內(nèi)容，每一次迭代，都把 iterable 里相應(yīng)內(nèi)容放到iter_var 中，再在表達式中應(yīng)用該 iter_var 的內(nèi)容，最后用表達式的計算值生成一個列表。

第二種語法：加入了判斷語句，只有滿足條件的內(nèi)容才把 iterable 里相應(yīng)內(nèi)容放到 iter_var 中，再在表達式中應(yīng)用該 iter_var 的內(nèi)容，最后用表達式的計算值生成一個列表。

其實不難理解的，因為是 list 生成式，因此肯定是用 [] 括起來的，然后里面的語句是把要生成的元素放在前面，后面加 for 循環(huán)語句或者 for 循環(huán)語句和判斷語句。

例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
lsit1=[x * x for x in range(1, 11)]
print(lsit1)

輸出的結(jié)果：

[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

可以看到，就是把要生成的元素 x * x 放到前面，后面跟 for 循環(huán)，就可以把 list 創(chuàng)建出來。那么 for 循環(huán)后面有 if 的形式呢？又該如何理解：

# -*- coding: UTF-8 -*-
lsit1= [x * x for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
print(lsit1)

輸出的結(jié)果：

[4, 16, 36, 64, 100]

這個例子是為了求 1 到 10 中偶數(shù)的平方根，上面也說到， x * x 是要生成的元素，后面那部分其實就是在 for 循環(huán)中嵌套了一個 if 判斷語句。

那么有了這個知識點，我們也可以猜想出，for 循環(huán)里面也嵌套 for 循環(huán)。具體示例：

# -*- coding: UTF-8 -*-
lsit1= [(x+1,y+1) for x in range(3) for y in range(5)] 
print(lsit1)

輸出的結(jié)果：

[(1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (1, 5), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (2, 4), (2, 5), (3, 1), (3, 2), (3, 3), (3, 4), (3, 5)]

其實知道了 list 生成式是怎樣組合的，就不難理解這個東西了。因為 list 生成式只是把之前學習的知識點進行了組合，換成了一種更簡潔的寫法而已。

四、生成器

1、為什么需要生成器

通過上面的學習，可以知道列表生成式，我們可以直接創(chuàng)建一個列表。但是，受到內(nèi)存限制，列表容量肯定是有限的。而且，創(chuàng)建一個包含 1000 萬個元素的列表，不僅占用很大的存儲空間，如果我們僅僅需要訪問前面幾個元素，那后面絕大多數(shù)元素占用的空間都白白浪費了。

所以，如果列表元素可以按照某種算法推算出來，那我們是否可以在循環(huán)的過程中不斷推算出后續(xù)的元素呢？這樣就不必創(chuàng)建完整的 list，從而節(jié)省大量的空間。在 Python 中，這種一邊循環(huán)一邊計算的機制，稱為生成器：generator。

在 Python 中，使用了 yield 的函數(shù)被稱為生成器（generator）。

跟普通函數(shù)不同的是，生成器是一個返回迭代器的函數(shù)，只能用于迭代操作，更簡單點理解生成器就是一個迭代器。

在調(diào)用生成器運行的過程中，每次遇到 yield 時函數(shù)會暫停并保存當前所有的運行信息，返回yield的值。并在下一次執(zhí)行 next()方法時從當前位置繼續(xù)運行。

那么如何創(chuàng)建一個生成器呢？

2、生成器的創(chuàng)建

最簡單最簡單的方法就是把一個列表生成式的 [] 改成 ()

# -*- coding: UTF-8 -*-
gen= (x * x for x in range(10))
print(gen)

輸出的結(jié)果：

<generator object <genexpr> at 0x0000000002734A40>

創(chuàng)建 List 和 generator 的區(qū)別僅在于最外層的 [] 和 () 。但是生成器并不真正創(chuàng)建數(shù)字列表， 而是返回一個生成器，這個生成器在每次計算出一個條目后，把這個條目“產(chǎn)生” ( yield ) 出來。 生成器表達式使用了“惰性計算” ( lazy evaluation，也有翻譯為“延遲求值”，我以為這種按需調(diào)用 call by need 的方式翻譯為惰性更好一些)，只有在檢索時才被賦值（ evaluated ），所以在列表比較長的情況下使用內(nèi)存上更有效。

那么竟然知道了如何創(chuàng)建一個生成器，那么怎么查看里面的元素呢？

3、遍歷生成器的元素

按我們的思維，遍歷用 for 循環(huán)，對了，我們可以試試：

# -*- coding: UTF-8 -*-
gen= (x * x for x in range(10))

for num  in  gen :
    print(num)

沒錯，直接這樣就可以遍歷出來了。當然，上面也提到了迭代器，那么用 next() 可以遍歷嗎？當然也是可以的。

4、以函數(shù)的形式實現(xiàn)生成器

上面也提到，創(chuàng)建生成器最簡單最簡單的方法就是把一個列表生成式的 [] 改成 ()。為啥突然來個以函數(shù)的形式來創(chuàng)建呢？

其實生成器也是一種迭代器，但是你只能對其迭代一次。這是因為它們并沒有把所有的值存在內(nèi)存中，而是在運行時生成值。你通過遍歷來使用它們，要么用一個“for”循環(huán)，要么將它們傳遞給任意可以進行迭代的函數(shù)和結(jié)構(gòu)。而且實際運用中，大多數(shù)的生成器都是通過函數(shù)來實現(xiàn)的。那么我們該如何通過函數(shù)來創(chuàng)建呢？

先不急，來看下這個例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def my_function():
    for i in range(10):
        print ( i )

my_function() 

輸出的結(jié)果：

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

如果我們需要把它變成生成器，我們只需要把 print ( i ) 改為 yield i 就可以了，具體看下修改后的例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def my_function():
    for i in range(10):
        yield i

print(my_function()) 

輸出的結(jié)果：

<generator object my_function at 0x0000000002534A40>

但是，這個例子非常不適合使用生成器，發(fā)揮不出生成器的特點，生成器的最好的應(yīng)用應(yīng)該是：你不想同一時間將所有計算出來的大量結(jié)果集分配到內(nèi)存當中，特別是結(jié)果集里還包含循環(huán)。因為這樣會耗很大的資源。

比如下面是一個計算斐波那契數(shù)列的生成器：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def fibon(n):
    a = b = 1
    for i in range(n):
        yield a
        a, b = b, a + b

# 引用函數(shù)
for x in fibon(1000000):
    print(x , end = ' ')

運行的效果：

計算斐波那契數(shù)列的生成器

你看，運行一個這么打的參數(shù)，也不會說有卡死的狀態(tài)，因為這種方式不會使用太大的資源。這里，最難理解的就是 generator 和函數(shù)的執(zhí)行流程不一樣。函數(shù)是順序執(zhí)行，遇到 return 語句或者最后一行函數(shù)語句就返回。而變成 generator 的函數(shù)，在每次調(diào)用 next() 的時候執(zhí)行，遇到 yield語句返回，再次執(zhí)行時從上次返回的 yield 語句處繼續(xù)執(zhí)行。

比如這個例子：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def odd():
    print ( 'step 1' )
    yield ( 1 )
    print ( 'step 2' )
    yield ( 3 )
    print ( 'step 3' )
    yield ( 5 )

o = odd()
print( next( o ) ) 
print( next( o ) ) 
print( next( o ) ) 

輸出的結(jié)果：

step 1
1
step 2
3
step 3
5

可以看到，odd 不是普通函數(shù)，而是 generator，在執(zhí)行過程中，遇到 yield 就中斷，下次又繼續(xù)執(zhí)行。執(zhí)行 3 次 yield 后，已經(jīng)沒有 yield 可以執(zhí)行了，如果你繼續(xù)打印 print( next( o ) ) ,就會報錯的。所以通常在 generator 函數(shù)中都要對錯誤進行捕獲。

5、打印楊輝三角

通過學習了生成器，我們可以直接利用生成器的知識點來打印楊輝三角：

# -*- coding: UTF-8 -*-
def triangles( n ):         # 楊輝三角形
    L = [1]
    while True:
        yield L
        L.append(0)
        L = [ L [ i -1 ] + L [ i ] for i in range (len(L))]

n= 0
for t in triangles( 10 ):   # 直接修改函數(shù)名即可運行
    print(t)
    n = n + 1
    if n == 10:
        break

輸出的結(jié)果為：

[1]
[1, 1]
[1, 2, 1]
[1, 3, 3, 1]
[1, 4, 6, 4, 1]
[1, 5, 10, 10, 5, 1]
[1, 6, 15, 20, 15, 6, 1]
[1, 7, 21, 35, 35, 21, 7, 1]
[1, 8, 28, 56, 70, 56, 28, 8, 1]
[1, 9, 36, 84, 126, 126, 84, 36, 9, 1]

五、迭代器和生成器綜合例子

因為迭代器和生成器基本是互通的，因此有些知識點需要綜合在一起

1、反向迭代

反向迭代，應(yīng)該也是常有的需求了，比如從一開始迭代的例子里，有個輸出 list 的元素，從 1 到 5 的

list1 = [1,2,3,4,5]
for num1 in list1 :
    print ( num1 , end = ' ' )

那么我們從 5 到 1 呢？這也很簡單， Python 中有內(nèi)置的函數(shù) reversed()

list1 = [1,2,3,4,5]
for num1 in reversed(list1) :
    print ( num1 , end = ' ' )

方向迭代很簡單，可是要注意一點就是：反向迭代僅僅當對象的大小可預先確定或者對象實現(xiàn)了 __reversed__() 的特殊方法時才能生效。 如果兩者都不符合，那你必須先將對象轉(zhuǎn)換為一個列表才行

其實很多時候我們可以通過在自定義類上實現(xiàn) __reversed__() 方法來實現(xiàn)反向迭代。不過有些知識點在之前的篇節(jié)中還沒有提到，不過可以相應(yīng)的看下，有編程基礎(chǔ)的，學完上面的知識點應(yīng)該也能理解的。

# -*- coding: UTF-8 -*-

class Countdown:
    def __init__(self, start):
        self.start = start

    def __iter__(self):
        # Forward iterator
        n = self.start
        while n > 0:
            yield n
            n -= 1

    def __reversed__(self):
        # Reverse iterator
        n = 1
        while n <= self.start:
            yield n
            n += 1

for rr in reversed(Countdown(30)):
    print(rr)
for rr in Countdown(30):
    print(rr)

輸出的結(jié)果是 1 到 30 然后 30 到 1 ，分別是順序打印和倒序打印

2、同時迭代多個序列

你想同時迭代多個序列，每次分別從一個序列中取一個元素。你遇到過這樣的需求嗎？

為了同時迭代多個序列，使用 zip() 函數(shù)，具體示例：

# -*- coding: UTF-8 -*-

names = ['laingdianshui', 'twowater', '兩點水']
ages = [18, 19, 20]
for name, age in zip(names, ages):
     print(name,age)

輸出的結(jié)果：

laingdianshui 18
twowater 19
兩點水 20

其實 zip(a, b) 會生成一個可返回元組 (x, y) 的迭代器，其中 x 來自 a，y 來自 b。 一旦其中某個序列到底結(jié)尾，迭代宣告結(jié)束。 因此迭代長度跟參數(shù)中最短序列長度一致。注意理解這句話喔，也就是說如果 a ， b 的長度不一致的話，以最短的為標準，遍歷完后就結(jié)束。

利用 zip() 函數(shù)，我們還可把一個 key 列表和一個 value 列表生成一個 dict （字典）,如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-

names = ['laingdianshui', 'twowater', '兩點水']
ages = [18, 19, 20]

dict1= dict(zip(names,ages))

print(dict1)

輸出如下結(jié)果：

{'laingdianshui': 18, 'twowater': 19, '兩點水': 20}

這里提一下， zip() 是可以接受多于兩個的序列的參數(shù)，不僅僅是兩個。