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Python 生成器和协程

时间:2019-06-24 00:46:24      阅读:151      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:date   cond   stop   https   print   直接   dia   setattr   结束   

Python3 迭代器与生成器

迭代器

迭代是Python最强大的功能之一,是访问集合元素的一种方式。

迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象。

迭代器对象从集合的第一个元素开始访问,直到所有的元素被访问完结束。迭代器只能往前不会后退。

迭代器有两个基本的方法:iter() 和 next()

字符串列表,元组,集合、字典、range()、文件句柄可迭代对象(iterable)都可用于创建迭代器

  • 内部含有__iter__()方法的就是可迭代对象,遵循可迭代协议。
  • 可迭代对象.__iter__() 或者 iter(可迭代对象)化成迭代器
>>> list = [1,2,3,4]
>>> it = iter(list)        # 创建迭代器对象
>>> next(it)               # 输出迭代器的下一个元素
1
>>> next(it)
2
>>> 

迭代器对象可以使用常规for语句进行遍历:

>>> list = [‘a‘, ‘b‘, ‘c‘, ‘d‘]
>>> it = iter(list)	        # 创建迭代器对象
>>> for x in it:
	print(x, end=" ")

	
a b c d 
>>> 

也可以使用 next() 函数:

>>> lst = [2,6,8,9]
>>> it = iter(lst)              # 创建迭代器对象
>>> 
>>> while True:
	try:
		print(next(it))
	except StopIteration:
		break

	
2
6
8
9
>>> 

创建一个迭代器

把一个类作为一个迭代器使用需要在类中实现两个方法 __iter__() __next__()

如果你已经了解的面向对象编程,就知道类都有一个构造函数,Python 的构造函数为 __init__(), 它会在对象初始化的时候执行。

__iter__() 方法返回一个特殊的迭代器对象, 这个迭代器对象实现了 __next__() 方法并通过 StopIteration 异常标识迭代的完成。

__next__() 方法(Python 2 里是 next())会返回下一个迭代器对象。

创建一个返回数字的迭代器(计数器),初始值为 1,逐步递增 1:

class Counter:
  def __iter__(self):
    self.a = 1
    return self
 
  def __next__(self):
    x = self.a
    self.a += 1
    return x
 
myclass = Counter()
myiter = iter(myclass)
 
print(next(myiter))
print(next(myiter))
print(next(myiter))
print(next(myiter))
print(next(myiter))
# 执行输出结果为:
1
2
3
4
5

StopIteration

  StopIteration 异常用于标识迭代的完成,防止出现无限循环的情况,在 __next__() 方法中我们可以设置在完成指定循环次数后触发 StopIteration 异常来结束迭代。

>>> str1 = "Python"
>>> strObj = str1.__iter__()
>>> strObj.__next__()
‘P‘
>>> strObj.__next__()
‘y‘
>>> strObj.__next__()
‘t‘
>>> strObj.__next__()
‘h‘
>>> strObj.__next__()
‘o‘
>>> strObj.__next__()
‘n‘
>>> strObj.__next__()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#33>", line 1, in <module>
    strObj.__next__()
StopIteration
>>> 

那么如何判断一个对象是否是可迭代对象?

  1. 内部是否含有__iter__方法:
  2. 借助 collectionsIterable,Iterator 判断类型
>>> tup = (1,2,3)
>>> type(tup)
<class ‘tuple‘>
>>> dir(tup)        # 带参数时,返回参数的属性、方法列表。
[‘__add__‘, ‘__class__‘, ‘__contains__‘, ‘__delattr__‘, ‘__dir__‘, ‘__doc__‘, ‘__eq__‘, ‘__format__‘, ‘__ge__‘, ‘__getattribute__‘, ‘__getitem__‘, 
‘__getnewargs__‘, ‘__gt__‘, ‘__hash__‘, ‘__init__‘, ‘__init_subclass__‘, ‘__iter__‘, ‘__le__‘, ‘__len__‘, ‘__lt__‘, ‘__mul__‘, ‘__ne__‘, ‘__new__‘,
‘__reduce__‘, ‘__reduce_ex__‘, ‘__repr__‘, ‘__rmul__‘, ‘__setattr__‘, ‘__sizeof__‘, ‘__str__‘, ‘__subclasshook__‘, ‘count‘, ‘index‘] >>> print(‘__iter__‘ in dir(tup)) True >>>
>>> dic = {1:‘dict‘, 2:‘str‘, 3:‘list‘, 4:‘tuple‘, 5:‘set‘, 6:‘range()‘,7:‘flie handler‘}
>>> isinstance(dic, Iterable)
True
>>> isinstance(dic, Iterator)
False
>>> 
>>> ran = range(6)
>>> type(ran)
<class ‘range‘>
>>> isinstance(ran, Iterable)
True
>>> isinstance(ran, Iterator)
False
>>> 

生成器

  在 Python 中,使用了 yield 的函数被称为生成器generator)。

  跟普通函数不同的是,生成器是一个返回迭代器的函数,只能用于迭代操作,更简单点理解生成器就是一个迭代器

  在调用生成器运行的过程中,每次遇到 yield 时函数会暂停并保存当前所有的运行信息,返回 yield 的值, 并在下一次执行 next() 方法时从当前位置继续运行。

  调用一个生成器函数,返回的是一个迭代器对象

  yield Vs return:

 return返回后,函数状态终止,而yield会保存当前函数的执行状态,在返回后,函数又回到之前保存的状态继续执行。
    • return 终止函数,yield 不会终止生成器函数。
    • 都会返回一个值,return函数的执行者返回值,yield是给next()返回值

  以下实例使用 yield 实现斐波那契数列:

>>> def fib(max):          # 生成器函数 - 斐波那契
	a, b, n = 0, 1, 0
	while n < max:
		yield b    # 使用 yield
		a, b = b, a + b
		n = n + 1

>>> f = fib(6)             # 调用 fab(5) 不会执行 fab 函数,而是返回一个 iterable 对象!
>>> f                      # Python 解释器会将其视为一个 generator
<generator object fib at 0x000001C6CB627780>
>>> 
>>> for n in fib(5):
	print(n)

	
1
1
2
3
5
>>> 
>>> f = fib(5)
>>> next(f)         # 使用next函数从生成器中取值,使用next可以推动生成器的执行
1
>>> next(f)
1
>>> next(f)
2
>>> next(f)
3
>>> next(f)
5
>>> next(f)          # 当函数中已经没有更多的yield时继续执行next(g),遇到StopIteration
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#37>", line 1, in <module>
    next(f)
StopIteration
>>> 
>>> fwrong = fib(6)
>>> fwrong.next()      # Python2 中的语法,Python3 会报错
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#40>", line 1, in <module>
    fwrong.next()      # Python2 中的语法,Python3 会报错
AttributeError: ‘generator‘ object has no attribute ‘next‘
>>> 

  send向生成器中发送数据。send的作用相当于next,只是在驱动生成器继续执行的同时还可以向生成器中传递数据。

>>> import numbers
>>> def gen_sum():
	total = 0
	while True:
		num = yield
		if isinstance(num, numbers.Integral):
			total += num
			print(‘total: ‘, total)
		elif num is None:
			break
	return total

>>> g = gen_sum()
>>> g
<generator object gen_sum at 0x0000026A6703D3B8>
>>> g.send(None)    # 相当于next(g),预激活生成器
>>> g.send(2)
total:  2
>>> g.send(6)
total:  8
>>> g.send(12)
total:  20
>>> g.send(None)    # 停止生成器
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#40>", line 1, in <module>
    g.send(None)
StopIteration: 20
>>> 
>>> try:
	g.send(None)	# 停止生成器
except StopIteration as e:
	print(e.value)

	
None
>>> 

yield from关键字

  yield from 将一个可迭代对象变成一个迭代器返回,也可以说,yield from关键字可以直接返回一个生成器

>>> def func():
	lst = [‘str‘, ‘tuple‘, ‘list‘, ‘dict‘, ‘set‘]
	yield lst

	
>>> gen = func()
>>> next(gen)
[‘str‘, ‘tuple‘, ‘list‘, ‘dict‘, ‘set‘]
>>> for i in gen:
	print(i)

	
>>> # yield from 将一个可迭代对象变成一个迭代器返回
>>> def func2():
	lst = [‘str‘, ‘tuple‘, ‘list‘, ‘dict‘, ‘set‘]
	yield from lst

	
>>> gen2 = func2()
>>> next(gen2)
‘str‘
>>> next(gen2)
‘tuple‘
>>> for i in gen2:
	print(i)

	
list
dict
set
>>> 
>>> lst = [‘H‘,‘e‘,‘l‘]
>>> dic = {‘l‘:‘vvvvv‘,‘o‘:‘eeeee‘}
>>> str1 = ‘Python‘
>>> 
>>> def yield_gen():
    for i in lst:
        yield i
    for j in dic:
        yield j
    for k in str1:
        yield k

        
>>> for item in yield_gen():
	print(item, end=‘‘)

	
HelloPython
>>> 
>>> l = [‘H‘,‘e‘,‘l‘]
>>> d = {‘l‘:‘xxxxx‘,‘o‘:‘ooooo‘}
>>> s = ‘Java‘
>>> 
>>> def yield_from_gen():
	yield from l
	yield from d
	yield from s

	
>>> for item in yield_from_gen():
	print(item, end=‘‘)

	
HelloJava
>>> 

为什么使用生成器

更容易使用,代码量较小内存使用更加高效。比如:

  1. 列表是在建立的时候就分配所有的内存空间,
  2. 而生成器仅仅是需要的时候才使用,更像一个记录代表了一个无限的流。有点像数据库操作单条记录使用的游标
  • 如果我们要读取并使用的内容远远超过内存,但是需要对所有的流中的内容进行处理,那么生成器是一个很好的选择,
  • 比如可以让生成器返回当前的处理状态,由于它可以保存状态,那么下一次直接处理即可。

协程

  根据维基百科给出的定义,“协程 是为非抢占式多任务产生子程序的计算机程序组件,协程允许不同入口点在不同位置暂停开始执行程序”。从技术的角度来说,“协程就是你可以暂停执行的函数”。如果你把它理解成“就像生成器一样”,那么你就想对了。

使用yield实现协程

#基于yield实现异步
def consumer():
    ‘‘‘任务1:接收数据,处理数据‘‘‘
    while True:
        x=yield

def producer():
    ‘‘‘任务2:生产数据‘‘‘
    g=consumer()
    next(g)
    for i in range(10000000):
        g.send(i)

producer()

使用yield from实现的协程

import datetime
import heapq    # 堆模块
import time


class Task:
    def __init__(self, wait_until, coro):
        self.coro = coro
        self.waiting_until = wait_until

    def __eq__(self, other):
        return self.waiting_until == other.waiting_until

    def __lt__(self, other):
        return self.waiting_until < other.waiting_until


class SleepingLoop:

    def __init__(self, *coros):
        self._new = coros
        self._waiting = []

    def run_until_complete(self):
        for coro in self._new:
            wait_for = coro.send(None)
            heapq.heappush(self._waiting, Task(wait_for, coro))
        while self._waiting:
            now = datetime.datetime.now()
            task = heapq.heappop(self._waiting)
            if now < task.waiting_until:
                delta = task.waiting_until - now
                time.sleep(delta.total_seconds())
                now = datetime.datetime.now()
            try:
                print(‘*‘*50)
                wait_until = task.coro.send(now)
                print(‘-‘*50)
                heapq.heappush(self._waiting, Task(wait_until, task.coro))
            except StopIteration:
                pass


def sleep(seconds):
    now = datetime.datetime.now()
    wait_until = now + datetime.timedelta(seconds=seconds)
    print(‘before yield wait_until‘)
    actual = yield wait_until   # 返回一个datetime数据类型的时间
    print(‘after yield wait_until‘)
    return actual - now


def countdown(label, length, *, delay=0):
    print(label, ‘waiting‘, delay, ‘seconds before starting countdown‘)
    delta = yield from sleep(delay)
    print(label, ‘starting after waiting‘, delta)
    while length:
        print(label, ‘T-minus‘, length)
        waited = yield from sleep(1)
        length -= 1
    print(label, ‘lift-off!‘)


def main():
    loop = SleepingLoop(countdown(‘A‘, 5), countdown(‘B‘, 3, delay=2),
                        countdown(‘C‘, 4, delay=1))
    start = datetime.datetime.now()
    loop.run_until_complete()
    print(‘Total elapsed time is‘, datetime.datetime.now() - start)


if __name__ == ‘__main__‘:
    main()

  执行结果:

A waiting 0 seconds before starting countdown
before yield wait_until
B waiting 2 seconds before starting countdown
before yield wait_until
C waiting 1 seconds before starting countdown
before yield wait_until
**************************************************
after yield wait_until
A starting after waiting 0:00:00
A T-minus 5
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
C starting after waiting 0:00:01.001511
C T-minus 4
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
A T-minus 4
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
B starting after waiting 0:00:02.000894
B T-minus 3
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
C T-minus 3
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
A T-minus 3
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
B T-minus 2
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
C T-minus 2
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
A T-minus 2
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
B T-minus 1
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
C T-minus 1
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
A T-minus 1
before yield wait_until
--------------------------------------------------
**************************************************
after yield wait_until
B lift-off!
**************************************************
after yield wait_until
C lift-off!
**************************************************
after yield wait_until
A lift-off!
Total elapsed time is 0:00:05.005168

asyncio模块

  asyncioPython 3.4版本引入的标准库,直接内置了对异步IO的支持。

  用asyncio提供的@asyncio.coroutine可以把一个generator标记为coroutine类型,然后在coroutine内部用yield from调用另一个coroutine实现异步操作。

  asyncio的编程模型就是一个消息循环。我们从asyncio模块中直接获取一个EventLoop的引用,然后把需要执行的协程扔到EventLoop中执行,就实现了异步IO。

coroutine+yield from
import asyncio

@asyncio.coroutine
def hello():
    print("Nice to learn asyncio.coroutine!")
    # 异步调用asyncio.sleep(1):
    r = yield from asyncio.sleep(1)
    print("Nice to learn asyncio.coroutine again !")


# 获取EventLoop:
loop = asyncio.get_event_loop()
# 执行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()
Nice to learn asyncio.coroutine !
Nice to learn asyncio.coroutine again !

 为了简化并更好地标识异步IO,从Python 3.5开始引入了新的语法asyncawait,可以让coroutine的代码更简洁易读。

 请注意,async和 await是针对coroutine的新语法,要使用新的语法,只需要做两步简单的替换:

  1. @asyncio.coroutine替换为async
  2. yield from替换为await
async+await
  在协程函数中,可以通过await语法来挂起自身的协程,并等待另一个协程完成直到返回结果:
import asyncio


async def hello():
    print("Nice to learn asyncio.coroutine!")
    # 异步调用asyncio.sleep(1):
    await asyncio.sleep(1)
    print("Nice to learn asyncio.coroutine again !")


# 获取EventLoop:
loop = asyncio.get_event_loop()
# 执行coroutine
loop.run_until_complete(hello())
loop.close()

执行多个任务

import threading
import asyncio


async def hello():
    print(‘Hello Python! (%s)‘ % threading.currentThread())
    await asyncio.sleep(1)
    print(‘Hello Python again! (%s)‘ % threading.currentThread())

loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [hello(), hello()]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()

 结果:

Hello Python! (<_MainThread(MainThread, started 4536)>)
Hello Python! (<_MainThread(MainThread, started 4536)>)
Hello Python again! (<_MainThread(MainThread, started 4536)>)
Hello Python again! (<_MainThread(MainThread, started 4536)>)

获取返回值

import threading
import asyncio


async def hello():
    print(‘Hello Python! (%s)‘ % threading.currentThread())
    await asyncio.sleep(1)
    print(‘Hello Python again! (%s)‘ % threading.currentThread())
    return "It‘s done"

loop = asyncio.get_event_loop()
task = loop.create_task(hello())
loop.run_until_complete(task)
ret = task.result()
print(ret)

 结果:

Hello Python! (<_MainThread(MainThread, started 6136)>)
Hello Python again! (<_MainThread(MainThread, started 6136)>)
It‘s done

执行多个任务获取返回值

import threading
import asyncio


async def hello(seq):
    print(‘Hello Python! (%s)‘ % threading.currentThread())
    await asyncio.sleep(1)
    print(‘Hello Python again! (%s)‘ % threading.currentThread())
    return "It‘s done", seq

loop = asyncio.get_event_loop()
task1 = loop.create_task(hello(2))
task2 = loop.create_task(hello(1))
task_list = [task1, task2]
tasks = asyncio.wait(task_list)
loop.run_until_complete(tasks)

for t in task_list:
    print(t.result())
结果:
Hello Python! (<_MainThread(MainThread, started 12956)>)
Hello Python! (<_MainThread(MainThread, started 12956)>)
Hello Python again! (<_MainThread(MainThread, started 12956)>)
Hello Python again! (<_MainThread(MainThread, started 12956)>)
("It‘s done", 2)
("It‘s done", 1)

  

Python 生成器和协程

标签:date   cond   stop   https   print   直接   dia   setattr   结束   

原文地址:https://www.cnblogs.com/51try-again/p/11074621.html

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