Python迭代器和生成器

迭代器和生成器在Python中的引入是为了提供一种更灵活、高效地处理数据集合的方式。

为什么要用迭代器和生成器

• 内存效率：迭代器和生成器允许按需生成和处理数据，只有在需要的时候会把相应的数据加载到内存，而不需要一次性将整个数据集加载到内存中。
• 支持无限序列：因为生成器只在需要时生成下一个值，而不是一次性生成整个序列。所以可以支持无限序列
• 延迟计算：只有在需要时才会计算下一个值，而不是一次性计算所有值。

迭代器（Iterator）

1. 概念： 迭代器是一个实现了 __iter__() 和 __next__() 方法的对象。__iter__() 返回迭代器对象本身，而 __next__() 返回下一个值。当没有更多元素时，__next__() 应该引发 StopIteration 异常。

2. 使用：

   >>> s = 'abc'
   >>> it = iter(s) # 返回s本身的迭代器
   >>> it
   <str_iterator object at 0x10c90e650>
   >>> next(it) # 返回下一个值
   'a'
   >>> next(it)
   'b'
   >>> next(it)
   'c'
   >>> next(it) #元素用尽引发异常
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
       next(it)
   StopIteration
   

3. 示例：自定义一个简单的迭代器：

   class MyIterator:
       def __init__(self, start, end):
           self.current = start
           self.end = end
   
       def __iter__(self):
           return self
   
       def __next__(self): # 可在这里定义序列生成的规则
           if self.current < self.end:
               result = self.current
               self.current += 1
               return result
           else:
               raise StopIteration
   
   my_iter = MyIterator(1, 5) # 在这里直接返回迭代器对象，不会立即生成整个序列
   for value in my_iter: # 这里每次循环调用一次next，每一次调用计算一次序列的值
       print(value)
   

生成器（Generator）

1. 概念：生成器是一种特殊类型的迭代器，使用函数和 yield 语句来生成值。生成器会记住每次调用 yield 的状态，使得在下一次调用时可以继续执行。yield在生成器迭代时的作用类似于__next__，然而其额外功能是生成器状态保存： 每次调用 yield 语句时，生成器函数的状态（包括局部变量值）都会被保存。下一次迭代时，生成器将从上次保存的状态继续执行。

2. 使用： 定义一个生成器函数，其中包含 yield 语句。生成器函数在调用时返回一个生成器对象。

   def my_generator(start, end):
       while start < end:
           yield start
           start += 1
   # 生成器函数在调用时不会立即执行，而是返回一个生成器对象，该对象包含生成器函数的代码和状态。
   gen = my_generator(1, 5)
   # 每次循环都会调用生成器函数，调用时生成器函数会将此时start、end的值保存下来。
   for value in gen: 
       print(value)
   
   

3. 示例：使用生成器实现斐波那契数列：

   def fibonacci_generator(n):
       a, b = 0, 1
       count = 0
       while count < n:
   # 生成器函数执行到 yield 语句时会暂停，并将当前状态保存，包括局部变量 a、b 和 count 的值。
           yield a
           a, b = b, a + b
           count += 1
   
   for value in fibonacci_generator(5):
       print(value)
   

迭代器和生成器的区别

1. 定义方式：迭代器是实现了 __iter__() 和 __next__() 方法的对象。 生成器是使用函数和 yield 语句定义的。一个是对象一个是函数。
2. 工作原理： 迭代器需要显式地维护状态，状态的管理通常涉及使用类属性或实例属性。 生成器通过 yield 语句来生成值，并在每次调用 yield 时保存状态。