2025-08-21 Python进阶6——迭代器生成器与with

1 迭代器与生成器

1.1 迭代器

• 迭代器是可记住遍历位置的对象
• 只能向前遍历，不能后退
• 核心方法：iter() 创建迭代器，next() 获取下一个元素

1.1.1 基本使用

# 创建迭代器
list = [1, 2, 3, 4]
it = iter(list)  # 创建迭代器对象# 访问元素
print(next(it))  # 1
print(next(it))  # 2# 使用for循环遍历
for x in it:print(x, end=" ")  # 3 4

1.1.2 手动迭代（带异常处理）

import sysit = iter([1, 2, 3, 4])while True:try:print(next(it))except StopIteration:sys.exit()  # 迭代结束时退出

1.1.3 自定义迭代器

需实现两个方法：

• __iter__(): 返回迭代器对象本身
• __next__(): 返回下一个元素，迭代结束时抛出StopIteration

class MyNumbers:def __iter__(self):self.a = 1return selfdef __next__(self):if self.a <= 20:  # 限制迭代次数x = self.aself.a += 1return xelse:raise StopIteration  # 结束迭代# 使用自定义迭代器
myclass = MyNumbers()
for x in iter(myclass):print(x)  # 输出1到20

1.2 生成器

• 使用yield关键字的函数称为生成器
• 生成器是特殊的迭代器，可逐步产生值
• 调用生成器函数返回的是迭代器对象

1.2.1 工作原理

• 执行到yield时返回值并暂停
• 下次调用时从暂停处继续执行
• 适合处理大量数据或无限序列

def countdown(n):while n > 0:yield n  # 返回当前值并暂停n -= 1# 使用生成器
generator = countdown(5)
print(next(generator))  # 5
print(next(generator))  # 4# 用for循环迭代剩余值
for value in generator:print(value)  # 3 2 1

1.2.2 斐波那契数列示例

def fibonacci(n):a, b, counter = 0, 1, 0while True:if counter > n:returnyield a  # 返回当前斐波那契数a, b = b, a + bcounter += 1# 使用生成器
f = fibonacci(10)
for x in f:print(x, end=" ")  # 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55

1.3 推导式

推导式是一种简洁的数据处理语法，可从一个序列构建新序列，支持列表、字典、集合和元组。

1.3.1 列表推导式

格式：[表达式 for 变量 in 列表 if 条件]

实例 1：过滤并转换

names = ['Bob','Tom','alice','Jerry','Wendy','Smith']
new_names = [name.upper() for name in names if len(name) > 3]
# 结果: ['ALICE', 'JERRY', 'WENDY', 'SMITH']

实例 2：数值筛选

multiples = [i for i in range(30) if i % 3 == 0]
# 结果: [0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27]

1.3.2 字典推导式

格式：{key表达式: value表达式 for 变量 in 集合 if 条件}

实例 1：字符串长度字典

listdemo = ['Google','Runoob', 'Taobao']
newdict = {key: len(key) for key in listdemo}
# 结果: {'Google': 6, 'Runoob': 6, 'Taobao': 6}

实例 2：数字平方字典

dic = {x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
# 结果: {2: 4, 4: 16, 6: 36}

1.3.3 集合推导式

格式：{表达式 for 变量 in 序列 if 条件}

实例 1：计算平方

setnew = {i**2 for i in (1, 2, 3)}
# 结果: {1, 4, 9}

实例 2：字符筛选

a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
# 结果: {'d', 'r'}

1.4.4 元组推导式（生成器表达式）

格式：(表达式 for 变量 in 序列 if 条件)
注意：返回生成器对象，需用tuple()转换

实例：生成数字元组

a = (x for x in range(1, 10))  # 生成器对象
print(tuple(a))  # 转换为元组
# 结果: (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)

2 with关键字

with 关键字用于上下文管理，简化资源（如文件、数据库连接）的获取与释放，确保资源使用后被正确清理。

对比传统资源管理方式：

传统方式（try-finally）	with 语句
需手动调用 close()	自动释放资源
代码冗长	简洁直观
易遗漏关闭操作	异常安全

传统文件操作示例：

file = open('test.txt', 'r')
try:content = file.read()
finally:file.close()  # 必须手动关闭

2.1 基本语法

with 表达式 [as 变量]:# 代码块（使用资源）

• 表达式返回上下文管理器对象
• as 变量：可选，将对象赋值给变量
• 代码块执行完毕后，自动触发资源清理

2.2 常用场景

2.2.1 文件操作（最典型）

# 读取文件
with open('example.txt', 'r') as file:content = file.read()print(content)
# 退出代码块后，文件自动关闭# 同时操作多个文件
with open('in.txt', 'r') as infile, open('out.txt', 'w') as outfile:outfile.write(infile.read().upper())  # 转换为大写并写入

2.2.2 数据库连接

import sqlite3with sqlite3.connect('mydb.db') as conn:cursor = conn.cursor()cursor.execute('SELECT * FROM users')print(cursor.fetchall())
# 连接自动关闭，无需手动调用 close()

2.2.3 线程锁

import threadinglock = threading.Lock()with lock:# 临界区代码（自动加锁/解锁）print("线程安全的操作")

2.3 工作原理：上下文管理协议

支持 with 的对象需实现两个方法：

• __enter__()：进入上下文时调用，返回值赋给 as 后的变量
• __exit__()：退出上下文时调用，负责资源清理

执行流程：

1. 执行表达式，获取上下文管理器
2. 调用 __enter__() 方法，进入上下文
3. 执行代码块
4. 无论是否发生异常，都调用 __exit__() 方法

异常处理机制

__exit__() 方法接收三个参数：exc_type（异常类型）、exc_val（异常值）、exc_tb（追踪信息）

• 返回 True：表示异常已处理，不再传播
• 返回 False/None：异常继续向外传播

2.4 自定义上下文管理器

2.4.1 方式 1：类实现

class Timer:def __enter__(self):import timeself.start = time.time()return self  # 可通过 as 接收def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):import timeprint(f"耗时: {time.time() - self.start:.2f}秒")return False  # 不抑制异常# 使用
with Timer() as t:sum(range(10000000))  # 执行耗时操作

2.4.2 方式 2：使用 contextlib 模块

from contextlib import contextmanager@contextmanager
def tag(name):print(f"<{name}>")  # __enter__ 部分yield  # 暂停，执行代码块print(f"</{name}>")  # __exit__ 部分# 使用
with tag("h1"):print("这是标题内容")# 输出：
# <h1>
# 这是标题内容
# </h1>

2.5 最佳实践

1. 优先使用 with：处理文件、网络连接、锁等资源时，必用 with
2. 精简代码块：with 内只写与资源相关的操作
3. 多资源管理：一个 with 可同时管理多个资源（用逗号分隔）
4. 异常处理：自定义上下文时，明确是否需要抑制异常

with 语句通过自动化资源管理，大幅提升了代码的可读性和可靠性，是 Python 中处理资源的首选方式。