之前我们讨论了高效的推导式。通过推导式，我们可以直接创建一个列表、字典或集合。但是，由于受到内存的限制，这些可迭代对象（列表、字典或集合）的容量是有限的。
比如，创建一个包含 10 万个元素的列表，不仅要占用很大的存储空间，而且根据局部性原理，在一段时间内我们要访问的仅仅局限于相邻的若干个元素，即使把所有元素都加载到内存之中，它们被“临幸”的概率也非常小。因此，大部分的存储空间其实是被白白浪费了。
基于此，我们就会有这样的需求：这些元素能不能按照某种算法推算出来，然后在后续循环过程中，根据这些元素不断推算出其他被访问的元素呢？这样一来，就不必创建完整的列表、字典或集合了，从而节省了大量的空间。在 Python 语言中，这种一边循环一边计算的机制，称为生成器。
Python生成器的定义
创建一个生成器并不复杂，方法也有很多。最简单的一种方法莫过于把一个列表推导式最外层的标记方括号[ ]改成圆括号( )，这样一个生成器就创建好了，示例代码如下。
In [1]: n = 10
In [2]: a = [x**2 for x in range (n) if x%2 == 0] #这是一个列表推导式
In [3]: print(a) #可正常输出
[0, 4, 16, 36, 64]
In [4]: type(a) #验明正身
Out[4]: list
In [5]: b = (x**2 for x in range(n) if x % 2==0) #这是一个生成器
In [6]: print(b) #无法直接输出
at 0xl07c88d00〉
In [7]: type(b) #验明正身
Out[7]: generator
上述代码的 In [2] 处是一个标准的列表生成式，一旦执行，就会把符合条件的列表元素全部加载到内存之中，此处生成的元素个数仅为 1 0个。但如果 n 为 100 万呢？列表 a 就会生成同样数量级别的元素，这无疑会浪费大量内存。
而在输入 In [5] 处，我们将 In [2] 处的最外层方括号[ ]替换为圆括号( )，这时它的类型就截然不同了。从 In [4] 和 In [7] 处输出的对象类型可以看出，前者 a 是一个列表，而后者 b 则是一个生成器。
在本质上，生成器就是一个生成元素的函数。现在你应该明白 In [5] 处最外层的那对圆括号( )的意义了吧，它不是“元组”生成式的标志，而更像是某个函数的标志（函数最核心的标志之一就是那对括号）。我们把这种表达式叫作生成器表达式（generator expression）
列表中的元素可以直接利用 print( ) 语句输出（如上述代码 In [6] 处），但同样的办法对生成器而言却是不可行的，解释器仅能给出生成器的地址信息。那么，该如何输出生成器中的每一个元素呢？这时，就需要借助全局内置函数 next( )，获得生成器的下一个返回值。
next( ) 函数好像拥有记忆一般，每使用一次 next( ) 函数就会顺序输出生成器的下一个元素，而不是从最开始的位置输出，直到输出最后一个元素，没有元素可输出时，就会抛出 StopIteration 异常。
In [8]: next(b)
Out[8]: 0
In [9]: next(b)
Out[9]: 4
In [10]: next(b)
Out[10]: 16
In [11]: b.__next__() #或用对象a的内部函数 __next__()来访问下一个元素
Out[11]: 36
...
由于生成器也是一个特殊的迭代器，所以它也会有内置函数 __next__()，在输入 In [11] 处，我们调用了它的内置函数 __next__()，也实现了和全局函数 next( ) 相同的效果。当我们不断执行 next(a) 时，它会不断输出 a 的下一个元素，直到没有更多的元素输出时，它会抛出 StopIteration 异常。
通常，生成器的正确打开方式并不是“傻乎乎”地反复调用 next( ) 函数，而是和循环（如 for、while 等）配套使用，由于 Python 语法糖会为我们保驾护航，确保访问不会越界，因此不会发生 StopIteration 异常，代码如下所示：
In [12]: a = (x**2 for x in range (n) if x%2 == 0) #此处 n = 10
In [13]: for num in a:
...: print(num)
...:
0
4
16
36
64
Python利用yield创建生成器
生成器的功能很强大。如果推算的算法比较复杂，难以利用列表推导式来生成，这时就可以使用含有 yield 关键字的函数。下面举例说明。
例如，在著名的斐波那契数列（Fibonacci）中，除第一个数和第二个数都为 1 之外，任意后面一个数都可由前两个数相加得到。
1,1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34,...
分别以斐波那契数列中的元素为半径画出 1/4 圆，这些 1/4 圆连接起来的曲线称为斐波那契螺旋线，也称“黄金螺旋”，如图 1 所示。很神奇的是，在自然界中，很多生物（如向日葵、仙人掌、海螺等）中都存在斐波那契螺旋线的图案。
图 1：斐波那契螺旋线
回到关于生成器的讨论上来。生成斐波那契数列的过程相对比较复杂，难以利用列表推导式简练地表达出来，但可以用一个多行的函数描述出来，参见例 1。
【例 1】生成斐波那契数列的函数（fibonacci.py）
def fibonacci(xterms):
n, a, b = 0, 0, 1 #变量初始化
while n < xterms:
print(b, end = ' ')
a, b = b, a + b #变量更新
n = n + 1
return '输出完毕'
fibonacci(10)
程序执行结果为：
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55
第 02 行和第 05 行代码体现了 Python 的特色—多变量赋值。
第 02 行代码的功能是对三个变量进行初始化赋值，它等价于如下代码：
n = 0
a = 0
b = 1
第 05 行代码的功能是循环更新变量值，它等价于如下代码：
a = b
b = a + b
由上面的代码可以看出，使用多变量赋值可以大大简化代码。但实际上，如前讨论，第 02 行和第 05 行实现的就是两个匿名元组之间的赋值。print( ) 默认的输出终结符是换行符，这里为了不占用打印空间，改成了空格（通过设置print()函数中的参数 end = ' '来实现），因此所有元素输出以空格隔开。
仔细观察可以看出，实际上，fibonacci( ) 函数中第 05 行代码已经清楚地定义了斐波那契数列的推算规则，我们可以从第一个元素开始，推算出后续任意元素。而这种推导逻辑已经非常接近生成器。也就是说，把上述函数稍加改造，就能把fibonacci()函数变成生成器：只需要把向屏幕输出的 print(b) 改为专用的 yield b 就大功告成了。参见例 2。
【例 2】生成斐波那契数列的生成器（fibonacci-gen.py）
def fibonacci(xterms):
n, a, b = 0, 0, 1
while n < xterms:
yield b #表明这是一个生成器
a, b = b, a + b
n = n + 1
return '输出完毕'
例 1 与例 2 的核心区别在于第 04 行，例 2 的第 04 行使用了关键字“yield”，这个关键字的本意就是“生产、产出”，如果某个函数定义中包含 yield 关键字，那么这个函数就不一般了，它不再是一个普通函数，而是一个生成器。
将上述函数加载到内存中以后，我们可以用如下代码来进行测试：
In [1]: func = fibonacci (10)
In [2] : func #并不直接输出
Out[2]:
通过前面的讨论，我们知道，In [1] 处的代码并不会执行 fibonacci( ) 函数，而是返回一个可迭代对象！这个对象并不能直接输出（见 In [2] 处），那该如何正确输出我们想要的结果呢？
第一种方法就是前面提到的反复利用 next( ) 函数，代码如下：
In [3]: next(func)
Out[3]: 1
In [4]: next(func)
Out[4]: 1
In [5]: next(func)
Out[5]: 2
In [6]: next(func)
Out[6]: 3
...
通过 next( ) 不断返回数列的下一个数，内存占用始终为常数。这是与列表推导式的显著不同。显然，如果生成器中“蕴涵”的数据较大，每次手动输入一个 next(func)，才输出一个数据，麻烦至极。
因此，第二种方法更为常见，那就是和循环结构配套使用。我们重新加载 In [1] 处的代码并再次运行如下代码：
ln [7]: for item in func:
print(item, end = ' ')
程序执行结果为：
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55
前面的几个生成器的案例其实并不实用，生成器的最佳应用场景在于：我们不想将所有计算出来的大量结果一块保存到内存之中。因为这样做会浪费大量不必要的内存资源。例如，将上面代码 In[1] 处的 10 改成 1000000，这时生成器的优势就体现出来了。因为生成器会“临时抱佛脚”，需要谁，就按照规则“临时”生成谁，它就好比是一个“经济适用房”，占用空间不大，但能解决实际问题。
Python生成器的执行流程
在这里，需要特别注意的是，生成器和函数的执行流程不一样。普通函数遇到 return 语句或者执行到最后一行函数语句时就会返回，结束整个函数的运行。
而变成生成器的函数，在每次调用 next( ) 的时候执行，遇到 yield 语句就“半途而废”，再次执行时，就会从上次返回的 yield 语句处接着往下执行。
下面列举一个简单的例子说明生成器的执行流程，见例 3。
【例 3】生成器的执行流程（my_gen.py）
def my_gen():
print('我是第1次返回')
yield(1)
print ('我是第2次返回')
yield(2)
print('我是第3次返回')
yield(3)
由于上述函数中含有 yield 语句，很显然，这是一个生成器。将上述函数加载到内存中之后， 我们来调用这个生成器。在调用生成器之前，首先要生成一个生成器对象，然后用 next( ) 函数不断获得下一个返回值，在 IPython 中的验证代码如下：
In [1]: gen = my_gen() #创建生成器对象
In [2]: next(gen) #输出生成器第一个元素，即第一个yield语句运行结果，并返回
我是第1次返回
Out[2]: 1
In [3]: next(gen) #从例 1 的第 04 行开始执行
我是第2次返回
Out [3] : 2
In [4]: next(gen) #从例 1 的第06行开始执行
我是第3次返回
Out[4]: 3
In [5]: next(gen) #无匹配的yield语句运行结果，发生异常，报错!
-----------------------------------------------------------------------
Stopiteration Traceback (most recent call last)
in
-----> 1 next(gen)
Stopiteration:
总结一下，在本质上，生成器就是一种元素生成函数，它和普通函数的不同之处在于，它的返回值不是通过 return 返回的，而是通过 yield 返回的。
另外一个需要注意的地方是，含有 yield 语句的函数中如果还配有return语句，那么这个 return 语句并不是用于函数正常返回的，而是 StopIteration 的异常说明。也就是说，生成器没有办法使用 return 的返回值。如果想获得该返回值，需要捕获 StopIteration 异常，然后输出 StopIteration.value。
