Python迭代器、生成器详解

1. 迭代器

1.1 理解迭代器

在Python中，迭代器是一种对象，可以通过连续调用next()方法来遍历容器中的元素。迭代器提供了一种简洁、高效的方法来访问集合的元素，并且可以避免加载整个集合到内存中。

要创建一个迭代器，首先需要定义一个迭代器类，该类必须实现\_\_iter\_\_()和\_\_next\_\_()方法。其中，\_\_iter\_\_()方法返回迭代器对象本身，\_\_next\_\_()方法返回容器中的下一个元素。

class MyIterator:
    def \_\_iter\_\_(self):
        return self
    
    def \_\_next\_\_(self):
        # 返回容器中的下一个元素
        if condition:
            return element
        else:
            raise StopIteration
  
# 使用迭代器遍历元素
it = MyIterator()
for item in it:
    print(item)

1.2 实现迭代器

要实现一个迭代器类，需要注意以下几点：

迭代器类必须包含\_\_iter\_\_()和\_\_next\_\_()方法

\_\_iter\_\_()方法必须返回迭代器对象本身

\_\_next\_\_()方法中需要定义容器中元素的获取规则，并在循环结束时抛出StopIteration异常

以下是一个实现斐波那契数列的迭代器的示例代码：

class FibonacciIterator:
    def \_\_init\_\_(self, n):
        self.n = n
        self.current = 0
        self.a, self.b = 0, 1
    
    def \_\_iter\_\_(self):
        return self
    
    def \_\_next\_\_(self):
        if self.current < self.n:
            result = self.a
            self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
            self.current += 1
            return result
        else:
            raise StopIteration
# 使用迭代器打印斐波那契数列前10个数
fibonacci = FibonacciIterator(10)
for number in fibonacci:
    print(number)

2. 生成器

2.1 理解生成器

生成器是一种特殊的迭代器，它可以通过函数来创建。生成器函数使用yield语句来暂停执行并返回一个值，之后可以继续从上次暂停的位置执行。通过生成器函数，可以按需逐个生成元素，而不是一次性生成所有元素。

生成器函数的编写方式与普通函数相似，但使用yield语句来代替return语句。yield语句类似于return语句，但不会终止函数的执行。每次调用生成器函数时，会返回一个生成器对象。

def fibonacci_generator(n):
    a, b = 0, 1
    count = 0
    while count < n:
        yield a
        a, b = b, a + b
        count += 1
# 使用生成器打印斐波那契数列前10个数
fibonacci = fibonacci_generator(10)
for number in fibonacci:
    print(number)

2.2 yield表达式

yield表达式是生成器函数中非常重要的部分，它可以返回一个值，并且在下次调用时从上次暂停的位置继续执行。通过yield表达式，可以实现生成器函数的无限循环。

以下是一个实现无限循环的生成器函数的示例代码：

def infinite_generator():
    i = 0
    while True:
        yield i
        i += 1
# 使用生成器打印无限序列
numbers = infinite_generator()
for number in numbers:
    if number > 9:
        break
    print(number)

3. 总结

本文详细介绍了Python中的迭代器和生成器。迭代器是一种对象，可以通过连续调用next()方法来遍历容器中的元素。秉承“慢慢来”的原则，迭代器提供了一种简洁、高效的方法来访问集合的元素。

生成器是一种特殊的迭代器，它能够按需逐个生成元素，而不是一次性生成所有元素。通过生成器函数使用yield语句来暂停执行并返回一个值，之后可以继续从上次暂停位置执行，从而实现惰性计算。

在实际开发中，迭代器和生成器可以大大提高代码的效率和可读性。合理地应用迭代器和生成器，能够降低内存占用、加快程序的执行速度，并使代码更加优雅。