Python之裝飾器、迭代器和生成器

30e8336b8229 發(fā)布于2019-07-30 15:04 / 3376人閱讀

摘要：在學(xué)習(xí)的時候，三大名器對沒有其他語言編程經(jīng)驗的人來說，應(yīng)該算是一個小難點，本次博客就博主自己對裝飾器迭代器和生成器理解進行解釋。

在學(xué)習(xí)python的時候，三大“名器”對沒有其他語言編程經(jīng)驗的人來說，應(yīng)該算是一個小難點，本次博客就博主自己對裝飾器、迭代器和生成器理解進行解釋。

裝飾器

什么是裝飾器？“裝飾”從字面意思來誰就是對特定的建筑物內(nèi)按照一定的思路和風(fēng)格進行美化的一種行為，所謂“器”就是工具，對于python來說裝飾器就是能夠在不修改原始的代碼情況下給其添加新的功能，比如一款軟件上線之后，我們需要在不修改源代碼和不修改被調(diào)用的方式的情況下還能為期添加新的功能，在python種就可以用裝飾器來實現(xiàn)，同樣在寫代碼的時候也要考慮到后面的可擴展性，下面我們來看一步一步的看一下python的裝飾器。

無參裝飾器

先來看簡單的幾行代碼，代碼的運行結(jié)果是先睡2秒，再打印"hello boy!"：

import time
def foo():
     """打印"""
     time.sleep(2)
     print("Hello boy!")
foo()

我們現(xiàn)在我們需要為其添加一個程序計時功能，但是不能修改原始的代碼：

import time
def timmer(func):
     def wrapper():
          """計時功能"""
          time_start=time.time()
          func()
          time_end=time.time()
          print("Run time is %f "%(time_end-time_start))
     return wrapper
def foo():
     """打印"""
     time.sleep(2)
     print("Hello boy!")
foo = timmer(foo)
foo()

運行結(jié)果
Hello boy!
Run time is 2.000446
看！我們沒有修改原來的代碼就實現(xiàn)了這個功能，因為函數(shù)也是對象，所以能夠?qū)⒑瘮?shù)foo當(dāng)做參數(shù)傳遞給了函數(shù)timmer。
在python中，有個更簡潔的方式來取代foo=timmer(foo)，使用@timmer這種方式，這個在python中被稱為語法糖。

import time
def timmer(func):
      def wrapper():
          """計時功能"""
          time_start=time.time()
          func()
          time_end=time.time()
          print("Run time is %f "%(time_end-time_start))
     return wrapper
@timmer  #等于 foo=timmer(foo)
def foo():
     """打印"""
     time.sleep(2)
     print("Hello boy!")
foo()

下面我們來一步一步的分析函數(shù)的執(zhí)行過程：
1.導(dǎo)入time模塊

import time

2.定義函數(shù)timmer，定義函數(shù)并不會執(zhí)行函數(shù)內(nèi)的代碼

def timmer(func):

3.調(diào)用裝飾器，相當(dāng)于foo=timer(foo)，就是把函數(shù)foo作為參數(shù)穿給了函數(shù)timmer

@timmer

4.運行函數(shù)timmer，接受了參數(shù) func=foo

def timmer(func):

5.在函數(shù)timmer內(nèi)，定義了函數(shù)wrapper，wrapper函數(shù)內(nèi)部代碼也不執(zhí)行，然后將函數(shù)wrapper作為返回值返回

return wrapper

6.將返回值賦值給了foo，在第3步中，foo=timmer(foo)，還記吧

@timmer #等于 foo=timmer(foo)

7.運行函數(shù)foo()，但是這里的函數(shù)已經(jīng)不是原來的那個函數(shù)了，可以打印foo，對的，因為之前我們將wrapper作為返回值傳給了foo，所以在這里執(zhí)行foo就是在執(zhí)行wrapper了，為了再確定這一點你也可打印wrapper，它們的內(nèi)存地址相同，所以都是指向同一個地址空間：

.wrapper at 0x00000180E0A8A950> #打印foo的結(jié)果
.wrapper at 0x000001F10AD8A950> #打印wrapper的結(jié)果
foo()

8.運行函數(shù)wrapper，記錄開始時間，執(zhí)行函數(shù)func，在第4步的時候，func被foo賦值，運行func就是在運行原函數(shù)foo，睡2秒，打印字符串；

 time_start=time.time()
 time.sleep(2)
 print("Hello boy!")

9.記錄結(jié)束時間，打印運行時間，程序結(jié)束。
Hello boy!
Run time is 2.000161

有參裝飾器

在前面的例子中，原函數(shù)沒有參數(shù)，下面的來看一個當(dāng)原函數(shù)有參數(shù)，該怎么修改裝飾器函數(shù)呢？

# -*- coding: UTF-8 -*-
import time
def timmer(func):
    def wrapper(*args,**kwargs):
          """計時功能"""
          start_time=time.time()
          res=func(*args,**kwargs)
          end_time=time.time()
          print("Run time is %f"%(end_time-start_time))
          return res
     return wrapper
@timmer
def my_max(x,y):
     """返回兩個值的最大值"""
     res=x if x > y else y
     time.sleep(2)
     return res
res=my_max(1,2)
print(res)

運行結(jié)果
Run time is 2.000175
2
當(dāng)原函數(shù)有需要傳入?yún)?shù)的時候，在這個例子my_max有兩個位置形成需要傳入?yún)?shù)，只需要在wrapper上添加兩個形參，本例子中使用了可變參數(shù)(args,*kwargs）也是可以的，這是@timmer就等于my_max(1,2)=timmer(my_max)(1,2)
下面我們來看一個帶有參數(shù)的裝飾器：

def auth(filetype):
     def auth2(func):
          def wrapper(*args,**kwargs):
               if filetype == "file":
                username=input("Please input your username:")
                   passwd=input("Please input your password：")
                if passwd == "123456" and username == "Frank":
                     print("Login successful")
                     func()
                else:
                     print("login error!")
               if filetype == "SQL":
                print("No SQL")
          return wrapper
     return auth2

@auth("file)
def index():
     print("Welcome to China")

index()

如果裝飾器本身有參數(shù)，就需要多一層內(nèi)嵌函數(shù)，下面我們一步一步分析執(zhí)行流程：
1.定義函數(shù)auth

def auth(filetype):

2.調(diào)用解釋器，首先要運行函數(shù)auth(filetype="file")

@auth(filetype="file")

3.運行函數(shù)auth，定義了一個函數(shù)auth2，并作為返回值返回，那么這個@auth(filetype="file")就等同于@auth2，等同于index=auth2(index)

def auth(filetype):
 def auth2(func):
  def wrapper(*args,**kwargs):
  return wrapper
 return auth2

4.auth2(index)執(zhí)行，func=index，定義函數(shù)wrapper，并返回之，這時候index其實就是等于wrapper了

def wrapper(*args,**kwargs):
return wrapper

5.當(dāng)運行index，即運行wrapper，運行函數(shù)內(nèi)部代碼，filetype=="file"，提示用戶輸出用戶名和密碼，判斷輸入是否正確，如果正確，則執(zhí)行函數(shù)func()，等于執(zhí)行原來的index，打印

if filetype == "file":
    username=input("Please input your username:")
    passwd=input("Please input your password：")
    if passwd == "123456" and username == "Frank":
     print("Login successful")
     func()

6.運行結(jié)果測試
Please input your username:Frank
Please input your password：123456
Login successful
Welcome to China
裝飾器也是可以被疊加的：

import time


def timmer(func):
    def wrapper():
        """計時功能"""
        time_start = time.time()
        func()
        time_end = time.time()
        print("Run time is %f " % (time_end - time_start))
        # print("---",wrapper)
    return wrapper


def auth(filetype):
    def auth2(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            if filetype == "file":
                username = input("Please input your username:")
                passwd = input("Please input your password：")
                if passwd == "123456" and username == "Frank":
                    print("Login successful")
                    func()
                else:
                    print("login error!")
            if filetype == "SQL":
                print("No SQL")
        return wrapper
    return auth2


@timmer
# 先先返回一個auth2 ==》@auth2 ==》 index=auth2() ==》 index=wrapper
@auth(filetype="file")
def index():
    print("Welcome to China")


index()

測試結(jié)果
Please input your username:Frank
Please input your password：123456
Login successful
Welcome to China
Run time is 7.966267
注釋優(yōu)化

import time


def timmer(func):
    def wrapper():
        """計算程序運行時間"""
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        print("Run time is %s:" % (end_time - start_time))
    return wrapper


@timmer
def my_index():
    """打印歡迎"""
    time.sleep(1)
    print("Welcome to China!")


my_index()

運行結(jié)果
Welcome to China!
Run time is 1.0005640983581543:
計算程序運行時間
當(dāng)我們使用了裝飾器的時候，雖然沒有修改代碼本身，但是在運行的時候，比如上面這個例子，運行my_index其實在運行wrapper了，如果我們打印my_index的注釋信息，會打印wrapper()的注釋信息，那么該怎么優(yōu)化？

可以在模塊functools中導(dǎo)入wraps，具體見以下：

import time
from functools import wraps


def timmer(func):
    @wraps(func)
    def wrapper():
        """計算程序運行時間"""
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        print("Run time is %s:" % (end_time - start_time))
    return wrapper


@timmer
def my_index():
    """打印歡迎"""
    time.sleep(1)
    print("Welcome to China!")


my_index()
print(my_index.__doc__)

相當(dāng)于執(zhí)行

無參數(shù)
timmer(now)(1)
# 有參數(shù)
timmer("n")(now)(1)

運行結(jié)果
Welcome to China!
Run time is 1.0003223419189453:
打印歡迎
這樣，在表面看來，原函數(shù)沒有發(fā)生任何變化。

迭代器

從字面意思，迭代就是重復(fù)反饋過程的活動，其目的通常是為了比較所需目標(biāo)或結(jié)果，在python中可以用迭代器來實現(xiàn)，先來描述一下迭代器的優(yōu)缺點，如果看不懂可以先略過，等看完本博客再回頭看，相信你會理解其中的意思：
優(yōu)點：
迭代器在取值的時候是不依賴于索引的，這樣就可以遍歷那些沒有索引的對象，比如字典和文件
迭代器與列表相比，迭代器是惰性計算，更節(jié)省內(nèi)存
缺點：
無法獲取迭代器的長度，沒有列表靈活
只能往后取值，不能倒著取值
什么是迭代器
那么在python什么才算是迭代器呢？
只要對象有__iter__()，那么它就是可迭代的，迭代器可以使用函數(shù)next()來取值
下面我們來看一個簡單的迭代器：

my_list=[1,2,3]
li=iter(my_list)  #li=my_list.__iter__()
print(li)
print(next(li))
print(next(li))
print(next(li))

運行結(jié)果

2
可以看到，使用內(nèi)置函數(shù)iter可以將列表轉(zhuǎn)換成一個列表迭代器，使用next()獲取值，一次值取一個值，當(dāng)值取完了，再使用一次next()的時候，會報異常StopIteration，可以通過異常處理的方式來避免，try-except-else就是一個最常用的異常處理結(jié)構(gòu)：

my_list=[1,2,3]
li=iter(my_list)
while True:
 try:
  print(next(li))
 except StopIteration:
  print("Over")
  break
 else:
  print("get!")

運行結(jié)果
get!
get!
get!
Over
查看可迭代對象和迭代器對象
使用Iterable模塊可以判斷對象是否是可迭代的：

from collections import Iterable
s="hello" #定義字符串
l=[1,2,3,4] #定義列表
t=(1,2,3) #定義元組
d={"a":1} #定義字典
set1={1,2,3,4} #定義集合
f=open("a.txt") #定義文本
 #查看是否都是可迭代的
print(isinstance(s,Iterable))
print(isinstance(l,Iterable))
print(isinstance(t,Iterable))
print(isinstance(d,Iterable))
print(isinstance(set1,Iterable))
print(isinstance(f,Iterable))

運行結(jié)果
True
True
True
True
True
True
通過判斷，可以確定我們所知道的常用的數(shù)據(jù)類型都是可以被迭代的。
使用Iterator模塊可以判斷對象是否是迭代器：

from collections import Iterable,Iterator
s="hello"
l=[1,2,3,4]
t=(1,2,3)
d={"a":1}
set1={1,2,3,4}
f=open("a.txt")
# 查看是否都是可迭代的
print(isinstance(s,Iterator))
print(isinstance(l,Iterator))
print(isinstance(t,Iterator))
print(isinstance(d,Iterator))
print(isinstance(set1,Iterator))
print(isinstance(f,Iterator))

運行結(jié)果
False
False
False
False
False
True
可知只有文件是迭代器，所以可以直接使用next()，而不需要轉(zhuǎn)換成迭代器。

生成器

生產(chǎn)器就是一個是帶有yield的函數(shù)
下面來看一個簡單的生成器

def my_yield():
    print("first")
    yield 1


g = my_yield()
print(g)

運行結(jié)果

生成器也是一個迭代器

from collections import Iterator


def my_yield():
    print("first")
    yield 1


g = my_yield()
print(isinstance(g, Iterator))

運行結(jié)果
True
那就可以用next()來取值了
print(next(g))
運行結(jié)果
first
1
生成器的執(zhí)行過程
我們來看以下下面這個例子，了解生產(chǎn)的執(zhí)行流程

def my_yield():
 print("first")
 yield 1
 print("second")
 yield 2
 print("Third")
 yield 3
g=my_yield()
next(g)
next(g)
next(g)

運行結(jié)果
first
second
Third
1.定義生成器my_yield，并將其賦值給了g

def my_yield():
g=my_yield()

2.開始第一次執(zhí)行next()，開始執(zhí)行生產(chǎn)器函數(shù) ，打印第一語句，遇到y(tǒng)ileld的時候暫停，并返回一個1，如果你想打印返回值的話，這里會顯示1

print("first")
yield 1

3.再執(zhí)行2次，打印字符串（每執(zhí)行一次都會暫停一下）

print("second")
yield 2
print("Third")
yield 3

**4.如果再加一次next()就會報出StopIteration異常了
生成器在每次暫停的時候，函數(shù)的狀態(tài)將被保存下來，來看下面的例子：**

def foo():
 i=0
 while True:
  yield i
  i+=1
g=foo()
for num in g:
 if num < 10:
  print(num)
 else:
  break

運行結(jié)果
for循環(huán)中隱含next()，每next一次，暫停一次，if語句判斷一次，然后執(zhí)行下一次next，可以看到我們的while循環(huán)并沒有無限循環(huán)下去，而是狀態(tài)被保存下來了。
協(xié)程函數(shù)
我們來看下面這個生成器和執(zhí)行結(jié)果

def eater(name):
 print("%s start to eat food"%name)
 while True:
  food=yield
  print("%s get %s ,to start eat"%(name,food))
 print("done")
e=eater("Frank")
next(e)#或者e.send(None)
e.send("egg") #給yield送一個值，并繼續(xù)執(zhí)行代碼
e.send("tomato")

運行結(jié)果
Frank start to eat food
Frank get egg ,to start eat
Frank get tomato ,to start eat
send可直接以向yield傳值，含有yield表達式的函數(shù)我們也稱為協(xié)程函數(shù)，
這運行程序的時候，不可以直接send，必須先使用next()初始化生成器(e.send(None)亦可以初始化)。
如果存在多個這樣的函數(shù)，那么我們每次執(zhí)行的時候都要去next()一下，為了防止忘記這一步操作，可以使用裝飾器初始化：

def init(func):
 def wrapper(*args):
  res = func(*args)
  next(res)  # 在這里執(zhí)行next
  return res
 return wrapper
@init
def eater(name):
 print("%s start to eat food"%name)
 while True:
  food=yield
  print("%s get %s ,to start eat"%(name,food))
 print("done")
e=eater("Frank")
e.send("egg") 
e.send("tomato")

所以在程序中有更多的生成器需要初始化的時候，直接調(diào)用這個裝飾器就可以了。

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