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Python-Day4 Python基础进阶之生成器/迭代器/装饰器/Json & pickle 数据序列化 ...

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一、生成器

通过列表生成式,我们可以直接创建一个列表。但是,受到内存限制,列表容量肯定是有限的。而且,创建一个包含100万个元素的列表,不仅占用很大的存储空间,如果我们仅仅需要访问前面几个元素,那后面绝大多数元素占用的空间都白白浪费了。所以,如果列表元素可以按照某种算法推算出来,那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢?这样就不必创建完整的list,从而节省大量的空间。在python中,这种一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator。

要创建一个generator,有很多种方法。第一种方法很简单,只要把一个列表生成式的 [] 改成 () ,就创建了一个generator:
>>> L = [ x*2 for x in range(5)]
>>> L
[0, 2, 4, 6, 8]
>>> g = ( x*2 for x in range(5) )
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x000000000321EF68>
创建 L 和 g 的区别仅在于最外层的 [] 和 () , L 是一个list,而 g 是一个generator。我们可以直接打印出list的每一个元素,但我们怎么打印出generator的每一个元素呢?如果要一个一个打印出来,可以通过 next() 函数获得generator的下一个返回值:
>>> next(g)
0
>>> next(g)
2
>>> next(g)
4
>>> next(g)
6
>>> next(g)
8
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#11>", line 1, in <module>
next(g)
StopIteration
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x000000000321EF68>
>>> g = ( x*2 for x in range(5) )
>>> for n in g:
print(n)
0
2
4
6
8

generator保存的是算法,每次调用 next(g) ,就计算出 g 的下一个元素的值,直到计算到最后一个元素,没有更多的元素时,抛出 StopIteration 的错误。当然,这种不断调用 next(g) 实在是太变态了,正确的方法是使用 for 循环,因为generator也是可迭代对象。所以,我们创建了一个generator后,基本上永远不会调用 next() ,而是通过 for 循环来迭代它,并且不需要关心 StopIteration 的错误。

generator非常强大。如果推算的算法比较复杂,用类似列表生成式的 for 循环无法实现的时候,还可以用函数来实现。

比如,著名的斐波拉契数列(Fibonacci),除第一个和第二个数外,任意一个数都可由前两个数相加得到:

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

斐波拉契数列用列表生成式写不出来,但是,用函数把它打印出来却很容易:


>>> def fib(max):
n,a,b = 0,0,1
while n<max:
print(b)
a,b =b,a+b
n=n+1
return 'done'
>>> fib(10)
1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
'done'
'''仔细观察,可以看出,fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则,可以从第一个元素开始,推算出后续任意的元素,这种逻辑其实非常类似generator。
也就是说,上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator,只需要把print(b)改为yield b就可以了:
'''
>>> def fib(max):
n,a,b = 0,0,1
while n<max:
yield b
a,b =b,a+b
n=n+1
return 'done'
>>> f=fib(5)
>>> f
<generator object fib at 0x000000000321EF68>
>>> print(next(f))
1
>>> print(next(f))
1
>>> print(next(f))
2
>>> print(next(f))
3
>>> print(next(f))
5
>>> print(next(f))
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#49>", line 1, in <module>
print(next(f))
StopIteration: done

在上面fib 的例子,我们在循环过程中不断调用 yield ,就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环,不然就会产生一个无限数列出来。同样的,把函数改成generator后,我们基本上从来不会用 next() 来获取下一个返回值,而是直接使用 for 循环来迭代:


>>> for n in fib(5):
... print(n)
...
1
1
2
3
5
'''
但是用for循环调用generator时,发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值,必须捕获StopIteration错误,返回值包含在StopIteration的value中:
'''
>>> g=fib(5)
>>> while True:
try:
x=next(g)
print('g:',x)
except StopIteration as e:
print('Generator return value:', e.value)
break
g: 1
g: 2
g: 3
g: 5
g: 8
Generator return value: done

通过yield实现在单线程的情况下实现并发运算的效果:(暂时保留)

二、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。

以直接作用于 for 循环的数据类型有以下几种:

一类是集合数据类型,如 list 、 tuple 、 dict 、 set 、 str 等;

一类是 generator ,包括生成器和带 yield 的generator function。

这些可以直接作用于 for 循环的对象统称为可迭代对象: Iterable 。

可以使用 isinstance() 判断一个对象是否是 Iterable 对象:


>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance('abc', Iterable)
True
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
True
>>> isinstance(100, Iterable)
False

而生成器不但可以作用于 for 循环,还可以被 next() 函数不断调用并返回下一个值,直到最后抛出 StopIteration 错误表示无法继续返回下一个值了。

*可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator。

可以使用 isinstance() 判断一个对象是否是 Iterator 对象:


>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
True
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance({}, Iterator)
False
>>> isinstance('abc', Iterator)
False

生成器都是 Iterator 对象,但 list 、 dict 、 str 虽然是 Iterable ,却不是 Iterator 。

把 list 、 dict 、 str 等 Iterable 变成 Iterator 可以使用 iter() 函数:


>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
True

你可能会问,为什么 list 、 dict 、 str 等数据类型不是 Iterator ?

这是因为Python的 Iterator 对象表示的是一个数据流,Iterator对象可以被 next() 函数调用并不断返回下一个数据,直到没有数据时抛出 StopIteration 错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列,但我们却不能提前知道序列的长度,只能不断通过 next() 函数实现按需计算下一个数据,所以 Iterator 的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

Iterator 甚至可以表示一个无限大的数据流,例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

小结

凡是可作用于 for 循环的对象都是 Iterable 类型;

凡是可作用于 next() 函数的对象都是 Iterator 类型,它们表示一个惰性计算的序列;

集合数据类型如 list 、 dict 、 str 等是 Iterable 但不是 Iterator ,不过可以通过 iter() 函数获得一个 Iterator 对象。

Python的 for 循环本质上就是通过不断调用 next() 函数实现的,例如:


for x in [1, 2, 3, 4, 5]:
pass
#实际上完全等价于:
# 首先获得Iterator对象:
it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
# 循环:
while True:
try:
# 获得下一个值:
x = next(it)
except StopIteration:
# 遇到StopIteration就退出循环
break
三、装饰器

理解了好几天,开始写装饰器,先说定义:装饰器本质上是一个Python函数,它可以让其他函数在不需要做任何代码变动的前提下增加额外功能,装饰器的返回值也是一个函数对象。假设我们要增强一个函数的功能,比如,在函数调用前后自动打印时间,但又不希望修改函数的定义,这种在代码运行期间动态增加功能的方式,称之为“装饰器”(Decorator)。


def use_logging(func):
print("%s is running" % func.__name__) #_name_获取函数的名字,也就是bar
func()
def bar():
print('i am bar')
use_logging(bar)
'''执行结果:
bar is running
i am bar
'''

逻辑上不难理解, 但是这样的话,我们每次都要将一个函数作为参数传递给use_logging函数。而且这种方式已经破坏了原有的代码逻辑结构,之前执行业务逻辑时,执行运行bar(),但是现在不得不改成use_logging(bar)。那么有没有更好的方式的呢?当然有,答案就是装饰器。

1.无参装饰器
import time
def timer(func):
def deco():
start_time = time.time()
func()
stop_time = time.time()
print("The func run time is %s" %(stop_time-start_time))
return deco
@timer #相当于time1=timer(time1)
def time1():
time.sleep(1)
print("In the time")
time1()
'''
In the time
The func run time is 1.0000569820404053
'''
2.有参装饰器
import time
def timer(timeout=0):
def decorator(func):
def wrapper(*args,**kwargs):
start=time.time()
func(*args,**kwargs)
stop=time.time()
print 'run time is %s ' %(stop-start)
print timeout
return wrapper
return decorator
@timer(2)
def test(list_test):
for i in list_test:
time.sleep(0.1)
print '-'*20,i
#timer(timeout=10)(test)(range(10))
test(range(10))
四、Json & pickle 数据序列化

用于序列化的两个模块

json,用于字符串 和 python数据类型间进行转换 pickle,用于python特有的类型 和 python的数据类型间进行转换

Json模块提供了四个功能:dumps、dump、loads、load

pickle模块提供了四个功能:dumps、dump、loads、load

待续。。。。


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