深入理解 Python 迭代器与生成器：详细指南

迭代器和生成器是 Python 中强大的特性，用于简化代码和提高效率。它们允许我们在需要时逐步计算结果，避免一次性加载所有数据到内存中。本文将详细介绍 Python 迭代器和生成器的基本语法、命令、示例、应用场景、注意事项，并进行总结。

迭代器详解

基本语法

在 Python 中，迭代器是实现了 __iter__() 和 __next__() 方法的对象。

__iter__(): 返回迭代器对象本身。
__next__(): 返回迭代器的下一个值，当没有更多的值时，抛出 StopIteration 异常。

示例代码

class MyIterator:def __init__(self, limit):self.limit = limitself.current = 0def __iter__(self):return selfdef __next__(self):if self.current < self.limit:self.current += 1return self.currentelse:raise StopIteration# 使用迭代器
my_iter = MyIterator(5)
for num in my_iter:print(num)  # 输出 1 2 3 4 5

生成器详解

基本语法

生成器是一种特殊的迭代器，用于简化迭代器的创建。生成器函数使用 yield 关键字来生成值，每次调用生成器函数时，执行都会暂停在 yield 语句，并从该点继续。

示例代码

def my_generator(limit):current = 0while current < limit:current += 1yield current# 使用生成器
for num in my_generator(5):print(num)  # 输出 1 2 3 4 5

命令和操作

iter(): 将对象转化为迭代器。
next(): 获取迭代器的下一个元素。

示例代码

# 使用 iter 和 next
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
iter_obj = iter(my_list)
print(next(iter_obj))  # 输出 1
print(next(iter_obj))  # 输出 2

应用场景

延迟计算：迭代器和生成器允许按需计算结果，避免提前计算所有结果。

示例代码：

def infinite_sequence():num = 0while True:yield numnum += 1# 延迟计算示例
for i in infinite_sequence():if i > 5:breakprint(i)  # 输出 0 1 2 3 4 5

内存效率：适用于处理大数据集，通过逐步生成数据避免占用大量内存。

示例代码：

def read_large_file(file_path):with open(file_path) as file:for line in file:yield line.strip()# 逐行读取大文件
for line in read_large_file('large_file.txt'):print(line)

流式数据处理：适合处理需要流式处理的数据，如网络请求或日志文件。

示例代码：

import requestsdef fetch_data(url):response = requests.get(url, stream=True)for line in response.iter_lines():yield line# 流式处理网络数据
for line in fetch_data('http://example.com/largefile'):print(line)

注意事项

一次性使用：迭代器和生成器是一次性使用的，迭代后需要重新创建。

示例代码：

gen = my_generator(3)
for num in gen:print(num)  # 输出 1 2 3
for num in gen:print(num)  # 不会输出任何内容

错误处理：在使用 next() 时，应处理 StopIteration 异常以避免程序崩溃。

示例代码：

iter_obj = iter([1, 2, 3])
try:while True:print(next(iter_obj))
except StopIteration:print("Iteration complete.")

生成器表达式：生成器表达式可以用于在单行代码中创建生成器，语法类似于列表推导式，但使用小括号而不是方括号。

示例代码：
```
gen_exp = (x ** 2 for x in range(5))
for num in gen_exp:print(num)  # 输出 0 1 4 9 16
```