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Python中的可迭代的對象、迭代器和生成器

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摘要:本文重點(diǎn)掌握可迭代的對象的定義掌握可迭代對象迭代器與生成器之間的關(guān)系和異同熟悉標(biāo)準(zhǔn)庫中生成器。二迭代器迭代器介紹迭代器用于從集合中取出元素的對象。若想再次迭代須重建迭代器。迭代器檢查方式調(diào)用,。區(qū)別可迭代的對象不是迭代器。

導(dǎo)語:本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之控制流程篇的重點(diǎn)知識及個人心得,打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點(diǎn):

1、掌握可迭代的對象的定義;
2、掌握可迭代對象、迭代器與生成器之間的關(guān)系和異同;
3、熟悉標(biāo)準(zhǔn)庫中生成器。
一、可迭代的對象

可迭代的對象:使用iter內(nèi)置函數(shù)可以獲取迭代器的對象。如果對象實(shí)現(xiàn)了能返回迭代器的__iter__方法,那么對象就是可迭代的。如果沒有實(shí)現(xiàn)__iter__而實(shí)現(xiàn)了__getitem__方法,并且其參數(shù)是從零開始的索引,這種對象如序列也是可迭代的。
向后兼容:之所以任何Python序列可迭代是為了向后兼容。

當(dāng)解釋器需要迭代對象時,會自動調(diào)用iter(x):

若對象實(shí)現(xiàn)了__iter__方法,獲取一個迭代器;

若對象沒實(shí)現(xiàn)__iter__方法,但實(shí)現(xiàn)了__getitem__方法,Python會創(chuàng)建一個迭代器,嘗試從索引0開始獲取元素;

若嘗試失敗,Python拋出TypeError。

標(biāo)準(zhǔn)的序列都實(shí)現(xiàn)了__iter__方法,這是鴨子類型的極端形式。
在白鵝類型中,只要對象實(shí)現(xiàn)了__iter__方法,那么它就是可迭代的對象。

注意:
(1)只有實(shí)現(xiàn)了__iter__方法的對象能通過子類測試issubclass(Object,abc.Iterator)
(2)檢查對象能否迭代最準(zhǔn)確的方法是調(diào)用iter(x)函數(shù),如果不可迭代再處理TypeError。因為iter(x)會考慮到實(shí)現(xiàn)__getitem__方法的部分可迭代對象。

二、迭代器 1、迭代器介紹

迭代器:用于從集合中取出元素的對象。
迭代器的功能:用于支持下列操作

for循環(huán)

構(gòu)建和擴(kuò)展集合類型

逐行遍歷文本文件

列表推導(dǎo)、字典推導(dǎo)和集合推導(dǎo)

元組拆包

調(diào)用函數(shù)時,使用 * 拆包實(shí)參

迭代器的接口協(xié)議

__next__,返回下一個可用的元素。當(dāng)沒有元素時拋出StopIteration異常。

__iter__,返回self,即迭代器本身。


迭代器特點(diǎn):

可迭代。由于Python中的迭代器實(shí)現(xiàn)了__iter__方法,因此也可以迭代。

易耗損。迭代器經(jīng)過一次逐次取值的循環(huán)后便耗盡了。若想再次迭代須重建迭代器。

迭代器檢查方式:調(diào)用isinstance(object,abc.Iterator)。
檢查原理:歸結(jié)于Iterator.__subclasshook__方法。無論對象所屬的類是Iterator的真實(shí)子類還是虛擬子類,都能夠檢查。

2、迭代器和可迭代對象之辨析:

聯(lián)系:Python從可迭代的對象中獲取迭代器

區(qū)別:可迭代的對象不是迭代器

3、迭代器模式

迭代器模式:按需一次獲取一個數(shù)據(jù)項。
掃描內(nèi)存中放不下的數(shù)據(jù)集時,我們要找到一種惰性獲取數(shù)據(jù)項的方式,即按需一次獲取一個數(shù)據(jù)項。這就是迭代器模式(Iterator pattern) 。
迭代器模式的用途:

訪問一個聚合對象的內(nèi)容而無需暴露它的內(nèi)部表示

支持對聚合對象的多種遍歷

為遍歷不同的聚合結(jié)構(gòu)提供一個統(tǒng)一的接口(即支持多態(tài)迭代)

4、迭代器模式實(shí)例

下面構(gòu)造一個可以處理文本匹配并迭代的實(shí)例:

import reprlib
import re

reword=re.compile("w+")
#第一版:迭代器模式
class Sentence:
    def __init__(self,text):
        self.text=text
        self.words=reword.findall(text)
    def __repr__(self):
        return "Sentence({})".format(reprlib.repr(self.text))
    def __iter__(self):
        return SentenceIterator(self.words)
class SentenceIterator:
    def __init__(self,text):
        self.words=text
        self.index=0
    def __next__(self):
        try:
            word=self.words[self.index]

        except IndexError:
            raise StopIteration()
        self.index += 1
        return word
    def __iter__(self):
        return self
title=Sentence("We have a dream!")
print(title)
for i in title:
    print(i)
輸出:
Sentence("We have a dream!")
We
have
a
dream

注意:
(1)不要把迭代器接口應(yīng)用到可迭代對象上,這是常見的反模式
(2)可迭代對象必須實(shí)現(xiàn)__iter__方法,但不能實(shí)現(xiàn)__next__方法

三、生成器 1、生成器相關(guān)概念介紹

生成器:用于按需生成元素的對象。在Python社區(qū)中大多數(shù)時候都把迭代器和生成器視作同一概念。

生成器函數(shù):擁有yield關(guān)鍵字的Python函數(shù)。
生成器表達(dá)式:制造生成器的工廠,支持惰性產(chǎn)值。
生成器工廠函數(shù):返回生成器的函數(shù),定義體中可以沒有yield關(guān)鍵字。

生成器函數(shù)與生成器表達(dá)式優(yōu)點(diǎn)比較:

生成器函數(shù):使用重復(fù)使用的情景,也可以作為協(xié)程使用。

生成器表達(dá)式:代碼簡潔易讀。

Tips:生成器表達(dá)式作為單參數(shù)傳入時無須寫一對括號,而多參數(shù)時須將小括號加上。

2、生成器函數(shù)工作原理

實(shí)例1:通過一個問候同學(xué)的代碼來了解生成器函數(shù)是如何工作的

def gen():
    print("start")
    yield "Jack"
    print("continue")
    yield "Dennis"
    print("end")
for i in gen():
    print("Hello ",i)
輸出:
start
Hello  Jack
continue
Hello  Dennis
end

原理分析:不難發(fā)現(xiàn),for循環(huán)中操作的對象是生成器中的yield生成的值。原因在于,生成器是迭代器,會生成傳給yield關(guān)鍵字的表達(dá)式的值。
注意:不管有沒有return語句,生成器函數(shù)都不會拋出StopIteration異常,而是在生成全部值之后直接退出。

實(shí)例2:生成器函數(shù)改進(jìn)版

import reprlib
import re

reword=re.compile("w+")
#第二版:生成器函數(shù)
class Sentence:
    def __init__(self,text):
        self.text=text
        self.words=reword.findall(text)
    def __repr__(self):
        return "Sentence({})".format(reprlib.repr(self.text))
    def __iter__(self):
        for i in self.words:
            yield i
        return
title=Sentence("We have a dream!")
print(title)
for i in title:
    print(i)
3、惰性產(chǎn)值:生成器表達(dá)式模式改進(jìn)版
import reprlib
import re

reword=re.compile("w+")
#第三版:生成器表達(dá)式
class Sentence:
    def __init__(self,text):
        self.text=text
    def __repr__(self):
        return "Sentence({})".format(reprlib.repr(self.text))
    def __iter__(self):
        return (match.group() for match in reword.finditer(self.text))
title=Sentence("We have a dream!")
print(title)
for i in title:
    print(i)

Tips:re.finditer函數(shù)是re.findall函數(shù)的惰性版本,返回的不是列表而是一個生成器,按需惰性生成元素。

四、標(biāo)準(zhǔn)庫中有用的生成器 1、五大類生成器

用于過濾的生成器函數(shù): itertools.takewhile/compress/dropwhile/filter/filterfalse/islice/

用于映射的生成器函數(shù): 內(nèi)置的 enumerate/map itertools.accumulate/starmap

用于合并的生成器函數(shù):itertools.chain/from_iterable/product/zip_longest/ 內(nèi)置的 zip

從一個元素產(chǎn)生多個值,擴(kuò)展輸入的可迭代對象: itertools.combinations/combinations_with_replacement/count/cycle/permutations/repeat

產(chǎn)出輸入可迭代對象的全部元素,以某種方式排列:itertools.groupby/tee/ 內(nèi)置的 reversed

五、其它

1、歸約函數(shù):接受可迭代對象并返回單個結(jié)果的函數(shù)。

這里的all和any函數(shù)會短路,即一旦得出結(jié)果馬上停止迭代。

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