【Python】python中yield的应用

初学 Python 的开发者常常会发现不少 Python 函数中用到了 yield 关键字，然而，带有 yield 的函数执行流程却和普通函数不同，yield 到底用来作什么，为何要设计 yield ？本文将由浅入深地讲解 yield 的概念和用法，帮助读者体会 Python 里 yield 简单而强大的功能。

您可能据说过，带有 yield 的函数在 Python 中被称之为 generator（生成器），何谓 generator ？ 咱们先抛开 generator，以一个常见的编程题目来展现 yield 的概念。 如何生成斐波那契數列 斐波那契（Fibonacci）數列是一个很是简单的递归数列，除第一个和第二个数外，任意一个数均可由前两个数相加获得。用计算机程序输出斐波那契數列的前 N 个数是一个很是简单的问题，许多初学者均可以轻易写出以下函数： 清单 1. 简单输出斐波那契數列前 N 个数

def fab(max): 
    n, a, b = 0, 0, 1 
    while n < max: 
        print b 
        a, b = b, a + b 
        n = n + 1

执行 fab(5)，咱们能够获得以下输出：

>>> fab(5) 
 1 
 1 
 2 
 3 
 5

结果没有问题，但有经验的开发者会指出，直接在 fab 函数中用 print 打印数字会致使该函数可复用性较差，由于 fab 函数返回 None，其余函数没法得到该函数生成的数列。 要提升 fab 函数的可复用性，最好不要直接打印出数列，而是返回一个 List。如下是 fab 函数改写后的第二个版本： 清单 2. 输出斐波那契數列前 N 个数第二版

def fab(max): 
    n, a, b = 0, 0, 1 
    L = [] 
    while n < max: 
        L.append(b) 
        a, b = b, a + b 
        n = n + 1 
    return L

可使用以下方式打印出 fab 函数返回的 List：

>>> for n in fab(5): 
...     print n 
... 
1 
1 
2 
3 
5

改写后的 fab 函数经过返回 List 能知足复用性的要求，可是更有经验的开发者会指出，该函数在运行中占用的内存会随着参数 max 的增大而增大，若是要控制内存占用，最好不要用 List 来保存中间结果，而是经过 iterable 对象来迭代。例如，在 Python2.x 中，代码： 清单 3. 经过 iterable 对象来迭代

for i in range(1000): pass

会致使生成一个 1000 个元素的 List，而代码：

for i in xrange(1000): pass

则不会生成一个 1000 个元素的 List，而是在每次迭代中返回下一个数值，内存空间占用很小。由于 xrange 不返回 List，而是返回一个 iterable 对象。 利用 iterable 咱们能够把 fab 函数改写为一个支持 iterable 的 class，如下是第三个版本的 Fab： 清单 4. 第三个版本

class Fab(object): 

    def __init__(self, max): 
        self.max = max 
        self.n, self.a, self.b = 0, 0, 1 

    def __iter__(self): 
        return self 

    def next(self): 
        if self.n < self.max: 
            r = self.b 
            self.a, self.b = self.b, self.a + self.b 
            self.n = self.n + 1 
            return r 
        raise StopIteration()

Fab 类经过 next() 不断返回数列的下一个数，内存占用始终为常数：

>>> for n in Fab(5): 
 ...     print n 
 ... 
 1 
 1 
 2 
 3 
 5

然而，使用 class 改写的这个版本，代码远远没有初版的 fab 函数来得简洁。若是咱们想要保持初版 fab 函数的简洁性，同时又要得到 iterable 的效果，yield 就派上用场了： 清单 5. 使用 yield 的第四版

def fab(max): 
   n, a, b = 0, 0, 1 
   while n < max: 
       yield b 
       # print b 
       a, b = b, a + b 
       n = n + 1 

'''

第四个版本的 fab 和初版相比，仅仅把 print b 改成了 yield b，就在保持简洁性的同时得到了 iterable 的效果。 调用第四版的 fab 和第二版的 fab 彻底一致：

>>> for n in fab(5): 
 ...     print n 
 ... 
 1 
 1 
 2 
 3 
 5

简单地讲，yield 的做用就是把一个函数变成一个 generator，带有 yield 的函数再也不是一个普通函数，Python 解释器会将其视为一个 generator，调用 fab(5) 不会执行 fab 函数，而是返回一个 iterable 对象！在 for 循环执行时，每次循环都会执行 fab 函数内部的代码，执行到 yield b 时，fab 函数就返回一个迭代值，下次迭代时，代码从 yield b 的下一条语句继续执行，而函数的本地变量看起来和上次中断执行前是彻底同样的，因而函数继续执行，直到再次遇到 yield。 也能够手动调用 fab(5) 的 next() 方法（由于 fab(5) 是一个 generator 对象，该对象具备 next() 方法），这样咱们就能够更清楚地看到 fab 的执行流程： 清单 6. 执行流程

>>> f = fab(5) 
 >>> f.next() 
 1 
 >>> f.next() 
 1 
 >>> f.next() 
 2 
 >>> f.next() 
 3 
 >>> f.next() 
 5 
 >>> f.next() 
 Traceback (most recent call last): 
  File "<stdin>", line 1, in <module> 
 StopIteration

当函数执行结束时，generator 自动抛出 StopIteration 异常，表示迭代完成。在 for 循环里，无需处理 StopIteration 异常，循环会正常结束。 咱们能够得出如下结论： 一个带有 yield 的函数就是一个 generator，它和普通函数不一样，生成一个 generator 看起来像函数调用，但不会执行任何函数代码，直到对其调用 next()（在 for 循环中会自动调用 next()）才开始执行。虽然执行流程仍按函数的流程执行，但每执行到一个 yield 语句就会中断，并返回一个迭代值，下次执行时从 yield 的下一个语句继续执行。看起来就好像一个函数在正常执行的过程当中被 yield 中断了数次，每次中断都会经过 yield 返回当前的迭代值。 yield 的好处是显而易见的，把一个函数改写为一个 generator 就得到了迭代能力，比起用类的实例保存状态来计算下一个 next() 的值，不只代码简洁，并且执行流程异常清晰。 如何判断一个函数是不是一个特殊的 generator 函数？能够利用 isgeneratorfunction 判断： 清单 7. 使用 isgeneratorfunction 判断

>>> from inspect import isgeneratorfunction 
 >>> isgeneratorfunction(fab) 
 True

要注意区分 fab 和 fab(5)，fab 是一个 generator function，而 fab(5) 是调用 fab 返回的一个 generator，比如类的定义和类的实例的区别： 清单 8. 类的定义和类的实例

>>> import types 
 >>> isinstance(fab, types.GeneratorType) 
 False 
 >>> isinstance(fab(5), types.GeneratorType) 
 True

fab 是没法迭代的，而 fab(5) 是可迭代的：

>>> from collections import Iterable 
 >>> isinstance(fab, Iterable) 
 False 
 >>> isinstance(fab(5), Iterable) 
 True

每次调用 fab 函数都会生成一个新的 generator 实例，各实例互不影响：

>>> f1 = fab(3) 
 >>> f2 = fab(5) 
 >>> print 'f1:', f1.next() 
 f1: 1 
 >>> print 'f2:', f2.next() 
 f2: 1 
 >>> print 'f1:', f1.next() 
 f1: 1 
 >>> print 'f2:', f2.next() 
 f2: 1 
 >>> print 'f1:', f1.next() 
 f1: 2 
 >>> print 'f2:', f2.next() 
 f2: 2 
 >>> print 'f2:', f2.next() 
 f2: 3 
 >>> print 'f2:', f2.next() 
 f2: 5

回页首 return 的做用 在一个 generator function 中，若是没有 return，则默认执行至函数完毕，若是在执行过程当中 return，则直接抛出 StopIteration 终止迭代。 回页首 另外一个例子 另外一个 yield 的例子来源于文件读取。若是直接对文件对象调用 read() 方法，会致使不可预测的内存占用。好的方法是利用固定长度的缓冲区来不断读取文件内容。经过 yield，咱们再也不须要编写读文件的迭代类，就能够轻松实现文件读取： 清单 9. 另外一个 yield 的例子

def read_file(fpath): 
    BLOCK_SIZE = 1024 
    with open(fpath, 'rb') as f: 
        while True: 
            block = f.read(BLOCK_SIZE) 
            if block: 
                yield block 
            else: 
                return

以上仅仅简单介绍了 yield 的基本概念和用法，yield 在 Python 3 中还有更强大的用法，咱们会在后续文章中讨论。 注：本文的代码均在 Python 2.7 中调试经过