python三大器之迭代器、生成器、装饰器

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&hellip;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&ldquo;数据传输的管道&rdquo;，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 &ldquo;包装函数&rdquo; 来与生成器进行交互的，即&ldquo;调用方&mdash;&mdash;>委托生成器&mdash;&mdash;>生成器函数&rdquo;
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&ldquo;<function f1 at 0x7febc52f5e50>&rdquo;，f2对象打印的是&ldquo;<function w3..wrapper at 0x7febc52f5f70>&rdquo;（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&ldquo;函数对象&rdquo;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
"""

来源：https://blog.csdn.net/weixin_45005677/article/details/120707139