Итераторы и генераторы

В чем разница между итератором и генератором? Этот вопрос можно часто услышать на собеседованиях.

Итератор – более общая концепция, чем генератор.

Итератор – это интерфейс доступа к элементам коллекций и потоков данных. Он требует реализации единственного метода – «дай мне следующий элемент». Если вы пишите свой итератор на Python 3 вам нужно реализовать в классе метод __next__. Если элементы исчерпаны итератор возбудит исключение StopIteration.

📎 Пример. Итератор счетчик – выдает числа от low до high:

class Counter:
    def __init__(self, low, high):
        self.current = low
        self.high = high
    def __iter__(self):
        return self
    def __next__(self): 
        if self.current > self.high:
            raise StopIteration
        else:
            self.current += 1
            return self.current - 1

Генератор – это итератор

Генератор – это итератор, но не наоборот. Не любой итератор является генератором.

Есть два способа получить генератор:

📎 1. Генераторное выражение (что-то типа list comprehension, но возвращает генератор, а не список). Используются круглые скобки:

>>> g = (2 * i for i in range(5))
>>> type(g)
<class 'generator'>
>>> next(g)
0
>>> next(g)
2

📎 2. Генераторные функции. Это функции, где есть хотя бы одно выражение yield. Когда мы запускаем генератор, функция выполняет до первого выражения yield. То, что мы передали в yield будет возвращено наружу. Генератор при этом встанет «на паузу» до следующей итерации. При следующей итерации выполнение генератора продолжится до очередного yield.

Генераторы можно прочитать только 1 раз, потому что обычно генераторы не хранят значения в памяти, а генерируют их налету (отсюда и название).

Пример. Генератор чисел Фибоначчи (бесконечный):

def fib():
    a, b = 0, 1
    while 1:
        yield a
        a, b = b, a + b

>>> fib_g = fib()
>>> next(fib_g)
0
>>> next(fib_g)
1
>>> next(fib_g)
1
>>> next(fib_g)
2
>>> next(fib_g)
3
>>> next(fib_g)
5

Вызвав генераторную функцию fib() мы получили генератор. Затем мы итерируем этот генератор функцией next().

Передача данных в генератор

У генераторов есть дополнительные методы, которые позволяют передавать внутрь генератора данные или возбуждать внутри него исключения. Это еще одно отличие от простых итераторов.

send() – отправить данные в генератор. Переданное значение вернется из той конструкции yield, на которой возникла последняя пауза генератора. При этом генератор будет прокручен на один шаг, как если бы мы вызвали next:

val = yield i  # генератор вернет i, но внутри получит val из аргумента метода send

Пример. Этот генератор просто выдает числа от 0 и далее, при этом печатает в поток вывода все, что мы ему отправляем.

def my_gen():
    i = 0
    while True:
        val = yield i
        print('Got inside generator:', val)
        i += 1

>>> g = my_gen()
>>> next(g)
0
>>> g.send("hello")
Got inside generator: hello
1
>>> g.send("world")
Got inside generator: world
2

Обратите внимание, что первый раз нельзя посылать в генератор данные, пока мы не прокрутили его до первого yield. Нужно либо взывать next(g) или g.send(None) – это одно и тоже.

Не будет ошибкой отправлять данные генератору, который не получает их (нет использования значения конструкции yield). Например, нашему генератору fib() можно отравить все, что угодно, он просто проигнорирует.

throw() – бросить исключение внутри генератора. Исключение будет возбуждено из того выражение yield, где генератор последний раз остановился.

>>> g = my_gen()   # my_gen из прошлого примера

>>> g.throw(TypeError, 'my error')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 1, in my_gen
TypeError: my error

close() – закрыть генератор. Бросает внутри генератора особое исключение GeneratorExit. Это исключение, даже если оно не обработано, не распространится в код, вызвавший close(). Но, если мы поймали это исключение внутри генератора, то после закрытия генератора нельзя уже делать yield, рискуя получить RuntimeError. Остальные виды исключений будут распространяться из генератора в код, его вызывающий. Попытка итерировать закрытый итератор приведет к исключению StopIteration (закрытый генератор – пустой итератор).

>>> g = my_gen()
>>> next(g)
0
>>> next(g)
Got inside generator: None
1
>>> g.close()
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

Бонус

Как взять из итератора (в том числе из генератора) N первых значений?

Можно, конечно, написать свою функцию. Но зачем, если она уже есть в стандартном модуле itertools. Этот модуль содержит множество вспомогательных функций для работы с итераторами. Нам понадобится itertools.islice. Первый аргумент – итератор (ну или генератор), остальные три – как в range.

>>> list(itertools.islice(fib(), 10))
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]

>>> list(itertools.islice(fib(), 10, 20, 2))
[55, 144, 377, 987, 2584]

В первом примере мы передаем в функцию itertools.islice наш генератор чисел Фибоначчи и число чисел, которые надо вычислить (в нашем случае – 10).

Мы также применяем функцию list, чтобы посмотреть список значений, потому что itertools.islice возвращает не спикок, а именно новый итератор, в котором будут только интересные нам значений из исходного итератора.

Во втором примеры аргументов 4 штуки. В этом случае второй аргумент – начальный номер = 10, третий – конечный номер = 20 – (не включительно), и четвертый – шаг = 2. (Очень похоже на range, не так ли?)

Специально для канала @pyway.

Добавить комментарий