python三大器之迭代器、生成器、装饰器

目录
  • 迭代器
  • 生成器
  • 装饰器(非常实用!)

迭代器

聊迭代器前我们要先清楚迭代的概念:通常来讲从一个对象中依次取出数据,这个过程叫做遍历,这个手段称为迭代(重复执行某一段代码块,并将每一次迭代得到的结果作为下一次迭代的初始值)。
可迭代对象(iterable):是指该对象可以被用于for…in…循环,例如:集合,列表,元祖,字典,字符串,迭代器等。

  • 在python中如果一个对象实现了 __iter__方法,我们就称之为可迭代对象,可以查看set\list\tuple…等源码内部均实现了__iter__方法
  • 如果一个对象未实现__iter__方法,但是对其使用for…in则会抛出TypeError: ‘xxx’ object is not iterable
  • 可以通过isinstance(obj,Iterable)来判断对象是否为可迭代对象。如:
from collections.abc import Iterable
a: int = 1
print(isinstance(a, Iterable))  # False
b: str = "lalalalala"
print(isinstance(b, Iterable))  # True
c: set = set([1, 2])
print(isinstance(c, Iterable))  # True

我们也可以自己实现__iter__来将一个类实例对象变为可迭代对象:

class MyIterable:
	def __iter__(self):
		pass
print(isinstance(MyIterable(), Iterable)) # True

迭代器:对可迭代对象进行迭代的方式或容器,并且需要记录当前迭代进行到的位置。

  • 在python中如果一个对象同时实现了__iter__和__next__(获取下一个值)方法,那么它就是一个迭代器对象。
  • 可以通过内置函数next(iterator)或实例对象的__next__()方法,来获取当前迭代的值
  • 迭代器一定是可迭代对象,可迭代对象不一定是迭代器。
  • 如果可迭代对象遍历完后继续调用next(),则会抛出:StopIteration异常。
  • 自己实现一个迭代器对象:
from collections.abc import Iterator, Iterable
class MyIterator:
	def __init__(self, array_list):
		self.array_list = array_list
		self.index = 0
	def __iter__(self):
		return self
	def __next__(self):
		if self.index < len(self.array_list):
			val = self.array_list[self.index]
			self.index += 1
			return val
		else:
			raise StopIteration
# 父类如果是迭代器,子类也将是迭代器
class MySubIterator(MyIterator):
	def __init__(self):
		pass
myIterator = MyIterator([1, 2, 3, 4])
# 判断是否为可迭代对象
print(isinstance(myIterator, Iterable))  # True
# 判断是否为迭代器
print(isinstance(myIterator, Iterator))  # True
# 子类实例化
mySubIterator = MySubIterator()
print(isinstance(mySubIterator, Iterator))  # True
# 进行迭代
print(next(myIterator))  # 1
print(myIterator.__next__())  # 2
print(next(myIterator))  # 3
print(next(myIterator))  # 4
print(next(myIterator))  # raise StopIteration

迭代器优缺点:

- 优点:迭代器对象表示的是一个数据流,可以在需要时才去调用next来获取一个值;因而本身在内存中始终只保留一个值,对于内存占用小可以存放无限数据流。优于其他容器需要一次将所有元素都存放进内存,如:列表、集合、字典...等
 - 缺点:1.无法获取存放的元素长度,除非取完计数。2.取值不灵活,只能向后取值,next()永远返回的是下一个值;无法取出指定值(无法像字典的key,或列表的下标),而且迭代器对象的生命周期是一次性的,元素被迭代完则生命周期结束。

生成器

定义:在Python中,一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator;同时生成器对象也是迭代器对象,所以他有迭代器的特性;例如支持for循环、next()方法…等
作用:对象中的元素是按照某种算法推算出来的,在循环的过程中不断推算出后续的元素,这样就不必创建完整的list,从而节省大量的空间。 简单生成器:通过将列表生成式[]改成()即可得到一个生成器对象

# 列表生成式
_list = [i for i in range(10)]
print(type(_list))  # <class 'list'>
print(_list)  # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
# 生成器
_generator = (i for i in range(10))
print(type(_generator))  # <class 'generator'>
print(_generator)  # <generator object <genexpr> at 0x7fbcd92c9ba0>
# 生成器对象取值
print(_generator.__next__())  # 0
print(next(_generator)) # 1
# 注意从第三个元素开始了!
for x in _generator:
	print(x)  # 2,3,4,5,6,7,8,9

因为生成器对象也有迭代器的特性,所以元素迭代完后继续调用next()方法则会引发StopIteration。

函数对象生成器:带yield语句的函数对象的返回值则是个生成器对象。

def gen_generator():
	yield 1
def func():
	return 1
print(gen_generator(), type(gen_generator()))
# <generator object gen_generator at 0x7fe68b2c8b30> <class 'generator'>
print(func(), type(func()))
# 1 <class 'int'>

他与普通函数返回值有所不同,普通函数运行到return语句则直接返回代码不再执行;而生成器对象会运行到yield后返回,再下次调用时从yield语句后继续执行。如:

注意:yield 一次只会返回一个元素,即使返回的元素是个可迭代对象,也是一次性返回

def gen_generator2():
	yield [1, 2, 3]

s = gen_generator2()
print(next(s))  # [1, 2, 3]

yield生成器高级应用: send()方法,传递值给yield返回(会立即返回!);如果传None,则等同于next(generator)。

借助send我们可以实现一个简单的生产者-消费者模式如:

def consumer():
	r = ''
	while True:
		n = yield r
		if not n:
			return
		print(f'[CONSUMER] Consuming get params.. ({n})')
		if n == 3:
			r = '500 Error'
		else:
			r = '200 OK'
def produce(c):
	c.send(None)  # 启动生成器
	n = 0
	while n < 5:
		n = n + 1
		print(f'[PRODUCER] Producing with params.. ({n})')
		r = c.send(n)  # 一旦n有值,则切换到consumer执行
		print(f'[PRODUCER] Consumer return : [{r}]')
		if not r.startswith('200'):
			print("消费者返回服务异常,则结束生产,并关闭消费者")
			c.close()  # 关闭生成器
			break
consume = consumer()
produce(consume)
# [PRODUCER] Producing with params.. (1)
# [CONSUMER] Consuming get params.. (1)
# [PRODUCER] Consumer return : [200 OK]
# [PRODUCER] Producing with params.. (2)
# [CONSUMER] Consuming get params.. (2)
# [PRODUCER] Consumer return : [200 OK]
# [PRODUCER] Producing with params.. (3)
# [CONSUMER] Consuming get params.. (3)
# [PRODUCER] Consumer return : [500 Error]
# 消费者返回服务异常,则结束生产,并关闭消费者

yield from iterable 语法,基本作用为:返回一个生成器对象,提供一个“数据传输的管道”,yield from iterable 是 for item in iterable: yield item的缩写;并且内部帮我们实现了很多异常处理,简化了编码复杂度。 yield 无法获取生成器return的返回值:

def my_generator(n, end_case):
	for i in range(n):
		if i == end_case:
			return f'当 i==`{i}`时,中断程序。'
		else:
			yield i
g = my_generator(5, 2)  # 调用
for _i in g:  # for循环不会显式触发异常,故而无法获取到return的值
	print(_i)
# 输出:
# 0
# 1

从上面的例子可以看出,for迭代语句不会显式触发异常,故而无法获取到return的值,迭代到2的时候遇到return语句,隐式的触发了StopIteration异常,就终止迭代了,但是在程序中不会显示出来。

可以通过next()显示的触发StopIteration异常来获取返回值:

def my_generator2(n, end_case):
	for i in range(n):
		if i == end_case:
			return f'当 i==`{i}`时,中断程序。'
		else:
			yield i
g = my_generator2(5, 2)  # 调用
try:
	print(next(g))  # 0
	print(next(g))  # 1
	print(next(g))  # 此处要触发end_case了
except StopIteration as exc:
	print(exc.value)  # 当 i==`2`时,中断程序。

使用yield from 可以简化成:

def my_generator3(n, end_case):
	for i in range(n):
		if i == end_case:
			return f'当 i==`{i}`时,中断程序。'
		else:
			yield i
def wrap_my_generator(generator):  # 将my_generator的返回值包装成一个生成器
	result = yield from generator
	yield result
g = my_generator3(5, 2)  # 调用
for _ in wrap_my_generator(g):
	print(_)
# 输出:
# 0
# 1
# 当 i==`2`时,中断程序。

yield from 有以下几个概念名词:
1、调用方:调用委派生成器的客户端(调用方)代码(上文中的wrap_my_generator(g)
2、委托生成器:包含yield from表达式的生成器函数(包装),作用就是提供一个数据传输的管道(上文中的wrap_my_generator
3、子生成器:yield from后面加的生成器函数对象(上文中的my_generator3的实例对象g
调用方是通过这个 “包装函数” 来与生成器进行交互的,即“调用方——>委托生成器——>生成器函数”
下面有个例子帮助大家理解(该参考于博客):

# 子生成器
def average_gen():
	total = 0
	count = 0
	average = 0
	while True:
		new_num = yield average
		if new_num is None:
			break
		count += 1
		total += new_num
		average = total / count
	# 每一次return,都意味着当前协程结束。
	return total, count, average
# 委托生成器
def proxy_gen():
	while True:
		# 只有子生成器要结束(return)了,yield from左边的变量才会被赋值,后面的代码才会执行。
		total, count, average = yield from average_gen()
		print("总共传入 {} 个数值, 总和:{},平均数:{}".format(count, total, average))
# 调用方
def main():
	calc_average = proxy_gen()
	next(calc_average)  # 激活协程
	calc_average.send(10)  # 传入:10
	calc_average.send(None)  # 结束协程 send(None)等于next(calc_acerage),也就是会走到average_gen里面的return语句
	print("================== 重开协程 ===================")
	calc_average.send(20)  # 传入:20
	calc_average.send(30)  # 传入:30
	calc_average.send(None)  # 结束协程
if __name__ == '__main__':
	main()
# 输出:
# 总共传入 1 个数值, 总和:10,平均数:10.0
# ================== 重开协程 ===================
# 总共传入 2 个数值, 总和:50,平均数:25.0

有兴趣的同学可以结合图和下方一起理解:

  • 迭代器(即可指子生成器)产生的值直接返还给调用者
  • 任何使用send()方法发给委派生产器(即外部生产器)的值被直接传递给迭代器。如果send值是None,则调用迭代器next()方法;如果不为None,则调用迭代器的send()方法。如果对迭代器的调用产生StopIteration异常,委派生产器恢复继续执行yield from后面的语句;若迭代器产生其他任何异常,则都传递给委派生产器。
  • 子生成器可能只是一个迭代器,并不是一个作为协程的生成器,所以它不支持.throw()和.close()方法,即可能会产生AttributeError 异常。
  • 除了GeneratorExit 异常外的其他抛给委派生产器的异常,将会被传递到迭代器的throw()方法。如果迭代器throw()调用产生了StopIteration异常,委派生产器恢复并继续执行,其他异常则传递给委派生产器。
  • 如果GeneratorExit异常被抛给委派生产器,或者委派生产器的close()方法被调用,如果迭代器有close()的话也将被调用。如果close()调用产生异常,异常将传递给委派生产器。否则,委派生产器将抛出GeneratorExit 异常。
  • 当迭代器结束并抛出异常时,yield from表达式的值是其StopIteration 异常中的第一个参数。
  • 一个生成器中的return expr语句将会从生成器退出并抛出 StopIteration(expr)异常。

装饰器(非常实用!)

讲装饰器之前要先了解两个概念: 对象引用 :对象名仅仅只是个绑定内存地址的变量

def func():   # 函数名仅仅只是个绑定内存地址的变量
	print("i`m running") 

# 这是调用
func()  # i`m running
# 这是对象引用,引用的是内存地址
func2 = func
print(func2 is func)  # True
# 通过引用进行调用
func2()  # i`m running

闭包:定义一个函数A,然后在该函数内部再定义一个函数B,并且B函数用到了外边A函数的变量

def out_func():
	out_a = 10

	def inner_func(inner_x):
		return out_a + inner_x

	return inner_func

out = out_func()
print(out)  # <function out_func.<locals>.inner_func at 0x7ff378af5c10> out_func返回的是inner_func的内存地址
print(out(inner_x=2))  # 12

装饰器和闭包不同点在于:装饰器的入参是函数对象,闭包入参是普通数据对象

def decorator_get_function_name(func):
	"""
	获取正在运行函数名
	:return:
	"""

	def wrapper(*arg):
		"""
		wrapper
		:param arg:
		:return:
		"""
		print(f"当前运行方法名:{func.__name__}  with  params: {arg}")
		return func(*arg)

	return wrapper

# @func_name是python的语法糖
@decorator_get_function_name
def test_func_add(x, y):
	print(x + y)

def test_func_sub(x, y):
	print(x - y)

test_func_add(1, 2)
# 输出:
# 当前运行方法名:test_func_add  with  params: (1, 2)
# 3
# 不使用语法糖的话也可以用以下方法,效果是一样的
decorator_get_function_name(test_func_sub)(3, 5)
# 还记得前文讲的引用吗?我们还可以换种写法达到跟一样的效果
dec_obj = decorator_get_function_name(test_func_sub)  # 这里等同于wrapper对象
dec_obj(3,5)  # 这里等同于wrapper(3,5)
# 输出:
# 当前运行方法名:test_func_sub  with  params: (3, 5)
# -2

常用于如鉴权校验,例如笔者会用于登陆校验:

def login_check(func):
    def wrapper(request, *args, **kwargs):
        if not request.session.get('login_status'):
            return HttpResponseRedirect('/api/login/')
        return func(request, *args, **kwargs)

    return wrapper

@login_check
def edit_config():
	pass

装饰器内部的执行逻辑:

"""
>  1. def login_check(func):  ==>将login_check函数加载到内存
>  ....
>  @login_check  ==>此处已经在内存中将login_check这个函数执行了!;并不需要等edit_config()实例化调用
>  2. 上例@login_check内部会执行以下操作:
>	  2.1 执行login_check函数,并将 @login_check 下面的 函数(edit_config) 作为login_check函数的参数,即:@login_check 等价于 login_check(edit_config)
>     2.2 内部就会去执行:
      def wrapper(*args):
          # 校验session...
          return func(request, *args, **kwargs)   # func是参数,此时 func 等于 edit_config,此处相当于edit_config(request, *args, **kwargs)
      return wrapper     # 返回的 wrapper,wrapper代表的是函数对象,非函数实例化对象
      2.3 其实就是将原来的 edit_config 函数塞进另外一个函数中,另一个函数当中可以做一些操作;再执行edit_config
      2.4 将执行完的 login_check 函数返回值(也就是 wrapper对象)将此返回值再重新赋值给新 edit_config,即:
      2.5 新edit_config = def wrapper:
             # 校验session...
            return 原来edit_config(request, *args, **kwargs)
>  3. 也就是新edit_config()=login_check(edit_config):wrapper(request, *args, **kwargs):return edit_config(request, *args, **kwargs) 有点绕,大家看步骤细细理解。
"""

同样一个函数也可以使用多个装饰器进行装饰,执行顺序从上到下

from functools import wraps

def w1(func):
	@wraps(func)
	def wrapper(*args, **kwargs):
		print("这里是第一个校验")
		return func(*args, **kwargs)

	return wrapper

def w2(func):
	@wraps(func)
	def wrapper(*args, **kwargs):
		print("这里是第二个校验")
		return func(*args, **kwargs)

	return wrapper

def w3(func):
	def wrapper(*args, **kwargs):
		print("这里是第三个校验")
		return func(*args, **kwargs)

	return wrapper

@w2  # 这里其实是w2(w1(f1))
@w1  # 这里是w1(f1)
def f1():
	print(f"i`m f1, at {f1}")

@w3
def f2():
	print(f"i`m f2, at {f2}")

# ====================== 实例化阶段 =====================
f1()
# 这里是第二个校验
# 这里是第一个校验
# i`m f1, at <function f1 at 0x7febc52f5e50>
f2()
# 这里是第三个校验
# i`m f2, at <function w3.<locals>.inner at 0x7febc52f5f70>

有同学可能要好奇 为什么f1对象打印的是“<function f1 at 0x7febc52f5e50>”,f2对象打印的是“<function w3..wrapper at 0x7febc52f5f70>”(也就是步骤2.5造成的,赋的值是wrapper对象),这就跟w1和w2 内部wrapper使用的wraps装饰器有关系了。
wraps的作用是:被修饰的函数(也就是里面的func)的一些属性值赋值给修饰器函数(wrapper)包括元信息和“函数对象”等。

同时装饰器也可以接受参数:

def decorator_get_function_duration(enable):
	"""
	:param enable:  是否需要统计函数执行耗时
	:return:
	"""
	print("this is decorator_get_function_duration")

	def inner(func):
		print('this is inner in decorator_get_function_duration')

		@wraps(func)
		def wrapper(*args, **kwargs):
			print('this is a wrapper in decorator_get_function_duration.inner')
			if enable:
				start = time.time()
				print(f"函数执行前:{start}")
				result = func(*args, **kwargs)
				print('[%s]`s enable was %s it`s duration : %.3f s ' % (func.__name__, enable, time.time() - start))
			else:
				result = func(*args, **kwargs)
			return result

		return wrapper

	return inner

def decorator_1(func):
	print('this is decorator_1')

	@wraps(func)
	def wrapper(*args, **kwargs):
		print('this is a wrapper in decorator_1')
		return func(*args, **kwargs)

	return wrapper

def decorator_2(func):
	print('this is decorator_2')

	@wraps(func)
	def wrapper(*args, **kwargs):
		print('this is a wrapper in decorator_2')
		return func(*args, **kwargs)

	return wrapper

@decorator_1 # 此处相当:decorator_1(decorator_2(decorator_get_function_duration(enable=True)(fun)))
@decorator_2 # = decorator_2(decorator_get_function_duration(enable=True)(fun))
@decorator_get_function_duration(enable=True)  # = decorator_get_function_duration(enable=True)(fun)
def fun():
	time.sleep(2)
	print("fun 执行完了~")

fun()
# ======== enable=False ============
"""
this is decorator_get_function_duration
this is inner in decorator_get_function_duration
this is decorator_2
this is decorator_1
this is a wrapper in decorator_1
this is a wrapper in decorator_2
this is a wrapper in decorator_get_function_duration.inner
fun 执行完了~
"""
# ======== enable=True ============
"""
this is decorator_get_function_duration
this is inner in decorator_get_function_duration
this is decorator_2
this is decorator_1
this is a wrapper in decorator_1
this is a wrapper in decorator_2
this is a wrapper in decorator_get_function_duration.inner
函数执行前:1634635708.648994
fun 执行完了~
[fun]`s enable was True it`s duration : 2.002 s
"""

到此这篇关于python三大器之迭代器、生成器、装饰器的文章就介绍到这了,更多相关python迭代器、生成器、装饰器内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

时间: 2022-01-10

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