Python生成器详解

前面章节中，已经详细介绍了什么是迭代器。生成器本质上也是迭代器，不过它比较特殊。

以 list 容器为例，在使用该容器迭代一组数据时，必须事先将所有数据存储到容器中，才能开始迭代；而生成器却不同，它可以实现在迭代的同时生成元素。

也就是说，对于可以用某种算法推算得到的多个数据，生成器并不会一次性生成它们，而是什么时候需要，才什么时候生成。

不仅如此，生成器的创建方式也比迭代器简单很多，大体分为以下 2 步：

1. 定义一个以 yield 关键字标识返回值的函数；
2. 调用刚刚创建的函数，即可创建一个生成器。

举个例子：

def intNum():
    print("开始执行")
    for i in range(5):
        yield i
        print("继续执行")
num = intNum()

由此，我们就成功创建了一个 num 生成器对象。显然，和普通函数不同，intNum() 函数的返回值用的是 yield 关键字，而不是 return 关键字，此类函数又成为生成器函数。

和 return 相比，yield 除了可以返回相应的值，还有一个更重要的功能，即每当程序执行完该语句时，程序就会暂停执行。不仅如此，即便调用生成器函数，Python 解释器也不会执行函数中的代码，它只会返回一个生成器（对象）。

要想使生成器函数得以执行，或者想使执行完 yield 语句立即暂停的程序得以继续执行，有以下 2 种方式：

1. 通过生成器（上面程序中的 num）调用 next() 内置函数或者 __next__() 方法；
2. 通过 for 循环遍历生成器。

例如，在上面程序的基础上，添加如下语句：

#调用 next() 内置函数
print(next(num))
#调用 __next__() 方法
print(num.__next__())
#通过for循环遍历生成器
for i in num:
    print(i)

程序执行结果为：

开始执行
0
继续执行
1
继续执行
2
继续执行
3
继续执行
4
继续执行

这里有必要给读者分析一个程序的执行流程：
1) 首先，在创建有 num 生成器的前提下，通过其调用 next() 内置函数，会使 Python 解释器开始执行 intNum() 生成器函数中的代码，因此会输出“开始执行”，程序会一直执行到yield i，而此时的 i==0，因此 Python 解释器输出“0”。由于受到 yield 的影响，程序会在此处暂停。

2) 然后，我们使用 num 生成器调用 __next__() 方法，该方法的作用和 next() 函数完全相同（事实上，next() 函数的底层执行的也是 __next__() 方法），它会是程序继续执行，即输出“继续执行”，程序又会执行到yield i，此时 i==1，因此输出“1”，然后程序暂停。

3) 最后，我们使用 for 循环遍历 num 生成器，之所以能这么做，是因为 for 循环底层会不断地调用 next() 函数，使暂停的程序继续执行，因此会输出后续的结果。

注意，在 Python 2.x 版本中不能使用 __next__() 方法，可以使用 next() 内置函数，另外生成器还有 next() 方法（即以 num.next() 的方式调用）。

除此之外，还可以使用 list() 函数和 tuple() 函数，直接将生成器能生成的所有值存储成列表或者元组的形式。例如：

num = intNum()
print(list(num))

num = intNum()
print(tuple(num))

程序执行结果为：

开始执行
继续执行
继续执行
继续执行
继续执行
继续执行
[0, 1, 2, 3, 4]
开始执行
继续执行
继续执行
继续执行
继续执行
继续执行
(0, 1, 2, 3, 4)

通过输出结果可以判断出，list() 和 tuple() 底层实现和 for 循环的遍历过程是类似的。

相比迭代器，生成器最明显的优势就是节省内存空间，即它不会一次性生成所有的数据，而是什么时候需要，什么时候生成。