Python yield用法浅析(stackoverflow)

冷不防 2022-04-08 13:43 300阅读 0赞

这是stackoverflow上一个关于python中yield用法的帖子，这里翻译自投票最高的一个回答，原文链接 [here][]

## 问题 ##

Python中`yield`关键字的用途是什么？它有什么作用？  
例如，我试图理解以下代码 &sup1：

def _get_child_candidates(self, distance, min_dist, max_dist):
        if self._leftchild and distance - max_dist < self._median:
            yield self._leftchild
        if self._rightchild and distance + max_dist >= self._median:
            yield self._rightchild

这是调用者(caller)：

result, candidates = [], [self]
    while candidates:
        node = candidates.pop()
        distance = node._get_dist(obj)
        if distance <= max_dist and distance >= min_dist:
            result.extend(node._values)
        candidates.extend(node._get_child_candidates(distance, min_dist, max_dist))
    return result

当调用方法`_get_child_candidates`时会发生什么？返回了一个列表(list)？还是返回了一个元素？然后被重复调用了吗？调用何时结束？

&sup1 ：代码来自 Jochen Schulz (jrschulz), who made a great Python library for metric spaces. 这是完整源代码的链接：[Module mspace][].

## 回答 ##

要想理解`yield`的作用，你必须了解什么是生成器(generators)，在这之前，我们先来看可迭代对象(iterables)。

### 可迭代对象 (iterables) ###

当你创建了一个列表，你可以遍历这个列表读取它的每一个元素，逐个读取列表元素称为迭代(iteration)。

>>> mylist = [1, 2, 3]
    >>> for i in mylist:
    ...    print(i)
    1
    2
    3

`mylist`就是一个可迭代对象(iterable)。当你使用列表生成式(list comprehension)创建一个列表(list)，即创建了一个可迭代对象。

>>> mylist = [x*x for x in range(3)]
    >>> for i in mylist:
    ...    print(i)
    0
    1
    4

可以使用`for... in...`的所有对象都是可迭代对象：列表(lists)、字符串、文件...  
这些可迭代对象使用很方便，因为你可以根据需要如你所愿的读取其中的元素。但是，当你有大量数据时把所有值都存储在内存中，这样往往不是你想要的( but you store all the values in memory and this is not always what you want when you have a lot of values.)。

### 生成器 (Generators) ###

生成器是迭代器(iterators)，但是**只能迭代一次**，生成器不会将所有值存储在内存中，而是实时的生成这些值：

>>> mygenerator = (x*x for x in range(3))
    >>> for i in mygenerator:
    ...    print(i)
    0
    1
    4

看上去除了用`()`替换了原来的`[]`外，它们没什么不同。但是，你**不可以**再次使用`for i in mygenerator` ，因为生成器只能被迭代一次：计算出0，然后并不保存结果和状态继续计算出1，最后计算出4，逐一生成。

### yield ###

`yield` 是一个类似 `return` 的关键字，不同的是这个函数将返回一个生成器。

>>> def createGenerator():
    ...    mylist = range(3)
    ...    for i in mylist:
    ...        yield i*i
    ...
    >>> mygenerator = createGenerator() # create a generator
    >>> print(mygenerator) # mygenerator is an object!
    <generator object createGenerator at 0xb7555c34>
    >>> for i in mygenerator:
    ...     print(i)
    0
    1
    4

这个例子没有什么实际作用。但是当你知道你的函数将返回大量你只需要读取一次的值时，使用生成器是一个有效的做法。  
要掌握 `yeild`，你必须要知道**当你调用这个函数时，你在函数体中编写的代码并没有立马执行**。  
该函数仅仅返回一个生成器对象，这有点棘手 :-)

然后，你的代码将从`for`循环每次使用生成器停止的位置继续执行。

现在到了关键部分：

`for`第一次调用从函数创建的生成器对象，函数将从头开始执行直到遇到`yeild`，然后返回`yield`后的值作为第一次迭代的返回值。接下来每次调用都会再次执行你在函数中定义的循环，并返回(return)下一个值，直到没有值可以返回(return)。

当循环结束，或者不满足`if/else`条件，导致函数运行但不会执行(not hit)`yeild`，此时生成器被认为是空的。

### 问题代码的解释 (Your code explained) ###

生成器 (Generator):

# Here you create the method of the node object that will return the generator
    def _get_child_candidates(self, distance, min_dist, max_dist):
    
        # Here is the code that will be called each time you use the generator object:
    
        # If there is still a child of the node object on its left
        # AND if distance is ok, return the next child
        if self._leftchild and distance - max_dist < self._median:
            yield self._leftchild
    
        # If there is still a child of the node object on its right
        # AND if distance is ok, return the next child
        if self._rightchild and distance + max_dist >= self._median:
            yield self._rightchild
    
        # If the function arrives here, the generator will be considered empty
        # there is no more than two values: the left and the right children

调用者 (Caller)：

result, candidates = list(), [self]
    
    # Loop on candidates (they contain only one element at the beginning)
    while candidates:
    
        # Get the last candidate and remove it from the list
        node = candidates.pop()
    
        # Get the distance between obj and the candidate
        distance = node._get_dist(obj)
    
        # If distance is ok, then you can fill the result
        if distance <= max_dist and distance >= min_dist:
            result.extend(node._values)
    
        # Add the children of the candidate in the candidates list
        # so the loop will keep running until it will have looked
        # at all the children of the children of the children, etc. of the candidate
        candidates.extend(node._get_child_candidates(distance, min_dist, max_dist))
    
    return result

这段代码包含几个高明的部分：

*  这个循环对列表进行迭代，但是迭代中列表还在不断扩展 :-) 这是一种遍历嵌套数据的简明方法，即使这样有些危险，因为你可能会陷入死循环中。在这个例子中，`candidates.extend(node._get_child_candidates(distance, min_dist, max_dist))`穷尽了生成器产生的所有值，但`while`不断的创建新的生成器对象加入到列表，因为每个对象作用在不同节点上，所以每个生成器都将生成不同的值。
 *  `extend()`是一个列表(list)对象的方法，作用于可迭代对象(iterable)，并将其值添加到列表里。

通常，通常我们将列表作为参数传递给它：

>>> a = [1, 2]
    >>> b = [3, 4]
    >>> a.extend(b)
    >>> print(a)
    [1, 2, 3, 4]

但是在你的代码里它接收到的是一个生成器(generator)，这很好，因为：

1.  你不必重复读取这些值
2.  你可以有很多子对象，但不需要将它们都存储在内存里。

它很有效，因为Python不关心一个方法的参数是否是列表，Python只希望他是一个可迭代对象，所以这个参数可以是列表，元组，字符串和生成器！这就是所谓的`duck typing`，这也是Python为何如此酷的原因之一，但这已经是另外一个问题了......

你可以在这里停下，来看一些生成器的高级用法：

### 控制生成器的穷尽 (Controlling a generator exhaustion) ###

>>> class Bank(): # Let's create a bank, building ATMs
    ...    crisis = False
    ...    def create_atm(self):
    ...        while not self.crisis:
    ...            yield "$100"
    >>> hsbc = Bank() # When everything's ok the ATM gives you as much as you want
    >>> corner_street_atm = hsbc.create_atm()
    >>> print(corner_street_atm.next())
    $100
    >>> print(corner_street_atm.next())
    $100
    >>> print([corner_street_atm.next() for cash in range(5)])
    ['$100', '$100', '$100', '$100', '$100']
    >>> hsbc.crisis = True # Crisis is coming, no more money!
    >>> print(corner_street_atm.next())
    <type 'exceptions.StopIteration'>
    >>> wall_street_atm = hsbc.create_atm() # It's even true for new ATMs
    >>> print(wall_street_atm.next())
    <type 'exceptions.StopIteration'>
    >>> hsbc.crisis = False # The trouble is, even post-crisis the ATM remains empty
    >>> print(corner_street_atm.next())
    <type 'exceptions.StopIteration'>
    >>> brand_new_atm = hsbc.create_atm() # Build a new one to get back in business
    >>> for cash in brand_new_atm:
    ...    print cash
    $100
    $100
    $100
    $100
    $100
    $100
    $100
    $100
    $100
    ...

**注意，对于Python 3，请使用 `print(corner_street_atm.__next__())` 或者 `print(next(corner_street_atm))`**

这在很多场景都非常有用，例如控制资源的获取。

### Itertools，你最好的朋友 (Itertools, your best friend) ###

itertools模块包含很多处理可迭代对象的特殊方法。曾经想要复制一个生成器吗？连接两个生成器？用一行代码将嵌套列表中的值进行分组？不创建另一个列表进行`Map/Zip`？

只需要`import itertools`

需要一个例子？让我们来看看4匹马赛跑到达终点先后顺序的所有可能情况：

>>> horses = [1, 2, 3, 4]
    >>> races = itertools.permutations(horses)
    >>> print(races)
    <itertools.permutations object at 0xb754f1dc>
    >>> print(list(itertools.permutations(horses)))
    [(1, 2, 3, 4),
     (1, 2, 4, 3),
     (1, 3, 2, 4),
     (1, 3, 4, 2),
     (1, 4, 2, 3),
     (1, 4, 3, 2),
     (2, 1, 3, 4),
     (2, 1, 4, 3),
     (2, 3, 1, 4),
     (2, 3, 4, 1),
     (2, 4, 1, 3),
     (2, 4, 3, 1),
     (3, 1, 2, 4),
     (3, 1, 4, 2),
     (3, 2, 1, 4),
     (3, 2, 4, 1),
     (3, 4, 1, 2),
     (3, 4, 2, 1),
     (4, 1, 2, 3),
     (4, 1, 3, 2),
     (4, 2, 1, 3),
     (4, 2, 3, 1),
     (4, 3, 1, 2),
     (4, 3, 2, 1)]

### 了解迭代的内部机制 (Understanding the inner mechanisms of iteration) ###

迭代是一个实现可迭代对象(实现的是 \_\_iter\_\_() 方法)和迭代器(实现的是 \_\_next\_\_() 方法)的过程。你可以获取一个迭代器的任何对象都是可迭代对象，迭代器可以让你迭代遍历一个可迭代对象(Iterators are objects that let you iterate on iterables.) .

在这篇文章中有关于`for`循环如何工作的更多信息：[here][here 1]

来源：[https://segmentfault.com/a/1190000017405045][https_segmentfault.com_a_1190000017405045]

[here]: https://stackoverflow.com/a/231855
[Module mspace]: http://well-adjusted.de/~jrschulz/mspace/
[here 1]: http://effbot.org/zone/python-for-statement.htm
[https_segmentfault.com_a_1190000017405045]: https://segmentfault.com/a/1190000017405045