Что такое генераторы в Python? Чем они отличаются от обычных функций с точки зрения использования памяти и потока выполнения?

Подсказки:

• Подумайте о ключевом слове yield и о том, как оно используется.
• Подумайте о том, как данные создаются и потребляются с помощью генераторов.
• Подумайте об эффективности использования памяти при работе с большими наборами данных.

Выше ожиданий:

• Выражения генераторов и их синтаксис.
• Ленивые вычисления.
• Понимание протокола итератора.

Генераторы — это специальные функции в Python, которые возвращают итератор, который производит элементы по одному и только по запросу. В отличие от обычных функций, которые возвращают все результаты сразу, генераторы выдают значения по одному.

Ключевые Отличия от Обычных Функций

1. Использование Памяти: Генераторы эффективны в плане использования памяти. Они производят значения по запросу, не храня всю последовательность в памяти. Обычные функции вычисляют все значения сразу, требуя памяти для полного результата.

2. Поток Выполнения: Обычные функции выполняются до конца и возвращают значение. Генераторы приостанавливают своё выполнение после выдачи значения и возобновляют его с того места, где остановились, когда запрашивается следующее значение.

3. Синтаксис: Генераторы используют ключевое слово yield вместо return. Когда вызывается функция-генератор, она возвращает объект-генератор без выполнения тела функции.

Создание Генераторов

Функции-Генераторы

def count_up_to(n):
    i = 0
    while i < n:
        yield i  # Это приостанавливает выполнение и возвращает i
        i += 1

# Использование генератора
for number in count_up_to(5):
    print(number)  # Выводит 0, 1, 2, 3, 4

Выражения-Генераторы

Подобно списковым включениям, но с использованием скобок вместо квадратных:

squares = (x**2 for x in range(10))  # Создаёт генератор, а не список

Ленивое исполнение

Генераторы реализуют ленивое исполнение — вычисление значений только по мере необходимости. Это особенно полезно для:

• Работы с бесконечными последовательностями
• Обработки больших файлов
• Потоков данных, где не все результаты могут потребоваться

Протокол Итератора

Генераторы автоматически реализуют протокол итератора Python, предоставляя методы __iter__() и __next__(). Метод __next__() генерирует исключение StopIteration, когда исчерпан, сигнализируя об окончании последовательности.