Python：可迭代对象，迭代器，生成器。

叁歲伎倆 2023-07-17 04:58 4阅读 0赞

# 提纲：生成器  ⫋ \\subsetneqq ⫋ 迭代器  ⫋ \\subsetneqq ⫋ 可迭代对象 #

## 1. 可迭代对象： ##

可迭代对象包括：

1.  迭代器 （包括生成器）。
2.  字符串 str，列表 list， 字典 dict，元组 tuple，集合 set。
3.  实现了 **\_\_iter\_\_** 方法的对象。

判断一个变量是否为可迭代对象：

from collections import Iterable
    isinstance(变量, Iterable)

测试代码如下：

from collections import Iterable
    
    l1 = [1, 2, 3]
    t1 = (1, 2, 3)
    d1 = {'key1': 'value1'}
    str1 = 'James'
    set1 = {'a', 'b', 'c'}
    
    
    class MyObject:
        def __init__(self):
            pass
    
    
    class MyIter:
        def __init__(self):
            pass
    
        def __iter__(self):
            yield 1
    
    
    a = MyObject()
    b = MyIter()
    
    print(isinstance(l1, Iterable))
    print(isinstance(t1, Iterable))
    print(isinstance(d1, Iterable))
    print(isinstance(str1, Iterable))
    print(isinstance(set1, Iterable))
    print(isinstance(a, Iterable))
    print(isinstance(b, Iterable))

运行结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
特别注意变量 a 和 b，a 是 MyObject 的一个实例，但是由于没有实现 \_\_iter\_\_ 方法，所以不是一个可迭代对象，而 b 是 MyIter 的一个实例并且实现了 \_\_iter\_\_ 方法，所以就是一个可迭代对象。

## 2. 迭代器 ##

迭代器可以通过 next() 方法不断重复获取下一个值，直到所有元素全部输出完之后，返回 **StopIteration**才停止。同时实现在 **\_\_iter\_\_** 和 **\_\_next\_\_** 两个函数的对象，就是迭代器。其中 **\_\_iter\_\_** 方法需要返回一个迭代器, 而 **\_\_next\_\_** 方法返回下一个返回值或者 **StopIteration**。

判断是否为迭代器：

from collections import Iterator
    isinstance(变量, Iterator)

测试代码如下：

from collections import Iterable
    from collections import Iterator
    
    l1 = [1, 2, 3]
    t1 = (1, 2, 3)
    d1 = {'key1': 'value1'}
    str1 = 'James'
    set1 = {'a', 'b', 'c'}
    
    
    class MyObject:
        def __init__(self):
            pass
    
    
    class MyIterable:
        def __init__(self):
            pass
    
        def __iter__(self):
            yield 1
    
    
    class MyIterator:
        def __init__(self):
            pass
    
        def __iter__(self):
            yield 1
    
        def __next__(self):
            return self
    
    
    a = MyObject()
    b = MyIterable()
    c = MyIterator()
    
    print(isinstance(l1, Iterable))
    print(isinstance(t1, Iterable))
    print(isinstance(d1, Iterable))
    print(isinstance(str1, Iterable))
    print(isinstance(set1, Iterable))
    print(isinstance(a, Iterable))
    print(isinstance(b, Iterable))
    print(isinstance(c, Iterable))
    
    print('********************')
    
    print(isinstance(l1, Iterator))
    print(isinstance(t1, Iterator))
    print(isinstance(d1, Iterator))
    print(isinstance(str1, Iterator))
    print(isinstance(set1, Iterator))
    print(isinstance(a, Iterator))
    print(isinstance(b, Iterator))
    print(isinstance(c, Iterator))

结果如下：  
![在这里插入图片描述][20200319185600334.png]  
主要关注第二部分，发现字符串 str，列表 list， 字典 dict，元组 tuple，集合 set，没有实现 **\_\_iter\_\_** MyObject 和仅实现 **\_\_iter\_\_** 的 MyIterable 都不是迭代器，只有实现了 **\_\_iter\_\_** 和 **\_\_next\_\_** 的 MyIterator 才是迭代器。

对于可迭代对象可以使用 iter() 转为迭代器：

l2 = iter(l1)
    t2 = iter(t1)
    d2 = iter(d1)
    str2 = iter(str1)
    set2 = iter(set1)
    b2 = iter(b)
    
    print('*************************')
    
    print(isinstance(l2, Iterator))
    print(isinstance(t2, Iterator))
    print(isinstance(d2, Iterator))
    print(isinstance(str2, Iterator))
    print(isinstance(set2, Iterator))
    print(isinstance(b2, Iterator))

结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
迭代器的优点：

1.  提供了一种不依赖于索引的取值方式
2.  惰性计算，节省内存

这里的节省内存是指 迭代器在迭代过程中，不会一次性把可迭代对象的所有元素都加载到内存中，仅仅是在迭代至某个元素时才加载该元素，而在这之前或之后，元素可以不存在或者被销毁。这个特点就使得迭代器适合用于遍历一些巨大的 或是 无限的集合。  
迭代器的缺点：

1.  取值不如按照索引取值来的方便（索引可以直接定位某一个值，迭代器不行，只能一个一个地取下去）
2.  迭代器只能往后迭代，不能回退（执行 **\_\_next\_\_** 方法只能向后，不能向前）
3.  无法获取迭代器的长度

## 3. 生成器 ##

生成器是一种特殊的迭代器，不过实现更加简单。实现的方式有两种：

1.  生成器表达式
2.  带有 **yield** 关键字的函数

生成器作为一种特殊的迭代器，相比于一般迭代器更加优雅。它不需要再像上面的类一样写 **\_\_iter\_\_** 和 **\_\_next\_\_** 方法了，只需要一个 **yield** 关键字或生成器表达式。

def fib(n):
        i, a, b = 0, 0, 1
        while i < n:
            yield b
            a, b = b, a + b
            i = i + 1
    
    
    g1 = (x * x for x in range(1, 11))
    g2 = fib(6)
    
    print('********************')
    
    print(isinstance(g1, Iterator))
    print(isinstance(g2, Iterator))
    for i in range(10):
        print(next(g1))
    for i in range(6):
        print(next(g2))

结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
Python的yield关键字的作用，就是把一个普通的函数变成生成器。当一个函数内出现yield关键字后，就会变异为生成器，其行为与普通函数不同。  
从动态的角度，生成器在运行过程中：

1.  当生成器函数被调用的时候，生成器函数不执行内部的任何代码，直接立即返回一个迭代器。
2.  当所返回的迭代器第一次调用 next 的时候，生成器函数从头开始执行，如果遇到了执行 yield x，next立即返回 yield 的值 x。
3.  当所返回的迭代器继续调用next的时候，生成器函数从上次yield语句的下一句开始执行，直到遇到下一次执行yield。
4.  任何时候遇到函数结尾，或者 return 语句，抛出 StopIteration 异常。

这里关注一下第三点：

def g():
        print('L1')
        yield 1
        print('L2')
        yield 2
        print('L3')
        yield 3
        print('L4')
    
    
    it = iter(g())
    print('............')
    v = next(it)
    print(v)
    v = next(it)
    print(v)
    v = next(it)
    print(v)
    v = next(it)
    print(v)

结果如下：  
![在这里插入图片描述][202003191948026.png]  
可见 it = iter(g()) 语句之后生成器函数不执行内部的任何代码，直接立即返回一个迭代器直到第一次执行 next 这个时候才执行了 print(’…’)，就从头开始执行到 yield 语句，然后状态挂起，等下一次执行 next 时，从上次的 yield 语句处继续执行。

## 4. 惰性计算 ##

我查找的资料上面对于**生成器**的惰性计算都是认可的，但有的认为**迭代器**不是惰性计算，有的认为是惰性计算。实践出真理，我动手试验了一下

import os
    import psutil
    import gc
    
    
    class MyIterator2:
        def __init__(self, n):
            self.i = -1
            self.n = n
    
        def __iter__(self):
            return self
    
        def __next__(self):
            while (self.i + 1) < self.n:
                self.i = self.i + 1
                return self.i
    
    
    class MyIterator3:
        def __init__(self, n):
            self.i = -1
            self.n = n
    
        def __iter__(self):
            return self
    
        def __next__(self):
            while (self.i + 1) < self.n:
                self.i = self.i + 1
                yield self.i
    
    
    def show_memory_info(hint):
        pid = os.getpid()
        p = psutil.Process(pid)
        info = p.memory_full_info()
        memory = info.uss/1024/1024
        print('{} memory used: {} M'.format(hint, memory))
    
    
    def test_iterable():
        show_memory_info('initing iterable')
        my_iterable = [x * x for x in range(100000000)]
        show_memory_info('after iterable initiated')
        print('********')
    
    
    def test_iterator1():
        show_memory_info('initing iterator1')
        my_iterable = [x * x for x in range(100000000)]
        my_iterator1 = iter(my_iterable)
        del my_iterable
        gc.collect()
        print(next(my_iterator1))
        show_memory_info('after iterator1 initiated')
        print('********')
    
    
    def test_iterator2():
        show_memory_info('initing iterator2')
        my_iterator2 = MyIterator2(100000000)
        show_memory_info('after iterator2 initiated')
        print('********')
    
    
    def test_iterator3():
        show_memory_info('initing iterator3')
        my_iterator3 = MyIterator3(100000000)
        show_memory_info('after iterator3 initiated')
        print('********')
    
    
    def test_generator():
        show_memory_info('initing generator')
        my_generator = (x * x for x in range(100000000))
        show_memory_info('after generator initiated')
        print('********')
    
    
    if __name__ == '__main__':
        test_iterable()
        test_iterator1()
        test_iterator2()
        test_iterator3()
        test_generator()

结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
 1. 对于可迭代对象，显然不是惰性的，占用了大量内存。  
 2. 这个迭代器是用 iter() 方法将一个可迭代对象转为一个迭代器，结果还是占用了大量内存，我一开始推测是由于一开始的可迭代对象占用了大量内存。但是我发现删除可迭代对象并回收内存之后还是占有了大量内存，因此我判定用这种方式生成的迭代器不是惰性的。  
 3. 手动定义 \_\_iter\_\_ 和 \_\_next\_\_ 生成的迭代器确实是惰性的，占用的内存大大减少。   
 4. 一开始我在解决生成器的内存减少是 yield 关键字的问题，结合 3 和 4 的对比，发现即使是 return 语句也是惰性的，所以惰性的关键不是 yield 的语句。   
 5. 生成器的惰性也是显然地。

# 5. 迭代器和生成器只供消耗一次 #

x = [0, 1, 2, 3, 4]
    y = iter([0, 1, 2, 3, 4])
    z = (i for i in range(5))
    
    print(tuple(x))
    print(tuple(x))
    print(tuple(y))
    print(tuple(y))
    print(tuple(z))
    print(tuple(z))

结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
可以看到可迭代对象可以重复使用，而迭代器和生产器只供消耗一次。

# 6 iter() 产生的迭代器 #

def scale(data, factor):
        for j in range(len(data)):
            data[j] *= factor
    
    
    a_list = [1, 2, 3, 4, 5]
    iterator1 = iter(a_list)
    print(next(iterator1))
    print(next(iterator1))
    print(next(iterator1))
    scale(a_list, 10)
    print(next(iterator1))
    print(next(iterator1))

结果如下：  
![在这里插入图片描述][20200410084848976.png]  
iter() 产生的迭代器保存原始列表的当前索引，该索引指向下一个元素。因此，如果原始列表的内容在迭代器构造之后但在迭代完成之前被修改，迭代器将报告原始列表的更新内容。

# 总结 #

1.  生成器  ⫋ \\subsetneqq ⫋ 迭代器  ⫋ \\subsetneqq ⫋ 可迭代对象。
2.  任何可迭代对象都可以使用 for…in 语句。实际上在运行 for…in 时，由解释器帮助我们对可迭代独享调用了 iter() 方法，得到一个迭代器，然后每次使用 next 取一个值出来。
3.  以列表 list 为例，list 本身只有 \_\_iter\_\_ 方法，因此只是一个可迭代对象，但是执行 for…in 的时候，调用 \_\_iter\_\_ 方法 返回一个迭代器，此迭代器有 \_\_next\_\_ 方法，正在用来执行 for…in…
4.  迭代器的适用的场景：不关心元素的随机访问，元素的个数不可提前预测。
5.  使用 iter(可迭代对象) 生成的迭代器不是惰性的，而严格手动定义 \_\_iter\_\_ 和 \_\_next\_\_ 方法的迭代器是惰性的，且与使用 return 语句和 yield 语句无关。
6.  生成器是惰性的。
7.  生成器使用 yield 语句更加优雅，但本身就是一种特殊的迭代器。
8.  有的资料提到的生成器的延时操作可以用惰性计算理解：延迟操作就是在需要的时候才产生结果，不是立即产生结果，显然和惰性计算本质是类似的。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/0bcfaa1efe7548a5924414c3611b055d.png
[20200319185600334.png]: /images/20230528/9a0432c039044e50aed7572b52a6a3ae.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zNzU4OTU3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230528/ba96dcc2aa2e43009526e7a7274bc0a2.png
[202003191948026.png]: /images/20230528/6f8a3d81c1ca4175ba4f7d6db30b024f.png
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[20200410084848976.png]: /images/20230528/236bb77c5993473abb01f658419d6156.png