Python高級(jí)特性之迭代器、生成器、裝飾器和上下文管理器

1、迭代器

 迭代器協(xié)議是指：對(duì)象需要提供next方法，要么返回迭代中的下一項(xiàng)，要么就引起一個(gè)StopIteration異常以終止迭代，防止出現(xiàn)無(wú)限循環(huán)的情況。迭代器是一個(gè)可以記住遍歷的位置的對(duì)象。

迭代器有兩個(gè)基本的方法：iter() 和 next()。字符串，列表或元組對(duì)象都可用于創(chuàng)建迭代器：

迭代器對(duì)象可以使用常規(guī)for語(yǔ)句（使用迭代器協(xié)議訪問(wèn)對(duì)象）進(jìn)行遍歷：

文件對(duì)象在python中實(shí)現(xiàn)了迭代器協(xié)議，有next方法，可以很方便的訪問(wèn)文件中的內(nèi)容。

也可以自己創(chuàng)建一個(gè)迭代器，下面時(shí)筆者根據(jù)資料來(lái)創(chuàng)建的一個(gè)打印20位數(shù)值的迭代器。把類作為一個(gè)迭代器使用需要在類中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方法 __iter__() 與 __next__() 。

__iter__() 方法返回一個(gè)特殊的迭代器對(duì)象，在 __next__() 方法中我們可以設(shè)置在完成指定循環(huán)次數(shù)后觸發(fā) StopIteration 異常來(lái)結(jié)束迭代。

2、生成器       

生成器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了迭代器協(xié)議。使用了 yield 的函數(shù)被稱為生成器，跟普通函數(shù)不同的是，生成器是一個(gè)返回迭代器的函數(shù)。在調(diào)用生成器運(yùn)行的過(guò)程中，每次遇到 yield 時(shí)函數(shù)會(huì)暫停并保存當(dāng)前所有的運(yùn)行信息，返回 yield 的值, 并在下一次執(zhí)行 next() 方法時(shí)從當(dāng)前位置繼續(xù)運(yùn)行。調(diào)用一個(gè)生成器函數(shù)，返回的是一個(gè)迭代器對(duì)象。

python有兩種方法來(lái)提供生成器。

2.1 生成器函數(shù)

使用yield 語(yǔ)句而不是return返回結(jié)果。函數(shù)就是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了迭代器協(xié)議的函數(shù)，可以直接使用for來(lái)遍歷。

2.2 生成器表達(dá)式

將列表推導(dǎo)中的中括號(hào)換成圓括號(hào)就是生成器表達(dá)式。squares_list是個(gè)列表推導(dǎo)，返回的是個(gè)列表。squares使用生成器表達(dá)式，返回的是個(gè)生成器對(duì)象generator object ，由于生成器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了迭代器協(xié)議，使用for循環(huán)迭代輸出。

生成器可以延遲計(jì)算，一次返回一個(gè)結(jié)果，而不是一次返回使用結(jié)果，對(duì)于大數(shù)據(jù)量處理十分有用。

3、裝飾器

裝飾器本質(zhì)上是個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)接收其他函數(shù)作為參數(shù)。下面是定義bread裝飾器修改say_hi函數(shù)的功能，即使用bread函數(shù)來(lái)封裝say_hi函數(shù)，@是裝飾器語(yǔ)法，bread是裝飾器的名稱。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以將重復(fù)的代碼提煉出來(lái)作為一個(gè)單獨(dú)的函數(shù)，然后做成裝飾器，可以提高代碼的可讀性，代碼量也會(huì)更少，也降低后期維護(hù)代價(jià)。下面是定義的計(jì)算函數(shù)計(jì)算時(shí)間的benchmark裝飾器，然后在加法和減法函數(shù)里面使用benchmark裝飾器來(lái)封裝。

但是裝飾器的語(yǔ)法較復(fù)雜，執(zhí)行速度也較慢和難以調(diào)試。

4、上下文管理器

with 上下文管理器的作用與try/finally語(yǔ)句作用類似，在確保打開(kāi)的資源在任何情況下都能關(guān)閉。在python在python中優(yōu)先使用上下文管理器，可以用更少的代碼完成相同的功能，而且邏輯更加清除。

with語(yǔ)句的表達(dá)式返回一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象必須有__enter__和__exit__方法。上面的第一部分打開(kāi)文件后文件對(duì)象在python中實(shí)現(xiàn)了迭代器協(xié)議，有next方法，也有__enter__和__exit__方法，可以使用 with 上下文管理器：with open('data.csv') as f 。

上下文管理器可以以一種更加優(yōu)雅的方式，操作（創(chuàng)建/獲取/釋放）資源，如文件操作、數(shù)據(jù)庫(kù)連接，并且處理異常。下面是自己定義上下文管理器，含有__enter__和__exit__方法的對(duì)象Resource。

在上面吃的例子中，寫了一個(gè)類來(lái)構(gòu)建上下文管理器。可以使用contextlib 來(lái)簡(jiǎn)化上下文管理器的邏輯，其提供了contextmanager的裝飾器，通過(guò)該裝飾器裝飾的函數(shù)就成為一個(gè)上下文管理器，可以用在with語(yǔ)句中。

在被裝飾函數(shù)里，必須是一個(gè)生成器（帶有yield），而yield之前的代碼，就相當(dāng)于__enter__里的內(nèi)容。yield 之后的代碼，就相當(dāng)于__exit__ 里的內(nèi)容。下面是自己來(lái)定義一個(gè)open_func函數(shù)，使用contextmanager來(lái)裝飾成上下文管理器，yield之前的代碼時(shí)打開(kāi)文件，yield之后的代碼是關(guān)閉文件。

上面這段代碼只能實(shí)現(xiàn)上下文管理器的第一個(gè)目的（管理資源），并不能實(shí)現(xiàn)第二個(gè)目的（處理異常）。可以使用try + except+finally來(lái)實(shí)現(xiàn)異常處理。

在實(shí)際中，可能不需要except來(lái)拋出異常，只是用try + finally。下面是以前做過(guò)的將連接數(shù)據(jù)庫(kù)的功能使用contextmanager來(lái)裝飾成上下文管理器。

在上下文管理器中，with語(yǔ)句可以使用逗號(hào)隔開(kāi)，同時(shí)使用多個(gè)上下文管理器。