Skip to content

❄️ Generatory

Generatory

Generatory to specjalne obiekty, które generują wyniki na żądanie - jeden po drugim - zamiast tworzyć i przechowywać całą serię wyników od razu. Dzięki temu są wydajniejsze przy pracy z dużymi zestawami danych, ponieważ zużywają znacznie mniej pamięci.

Generatory działają na zasadzie lazy evaluation - nie obliczają wszystkich wyników z góry, lecz tylko wtedy, gdy są potrzebne.

Funkcje generatorów

Tworzymy je tak samo jak zwykłe funkcje, ale zamiast return używamy yield. Słowo kluczowe yield zwraca wartość, a następnie zawiesza działanie funkcji - zapamiętując cały jej stan (zmienne lokalne, miejsce wykonania). Przy kolejnym wywołaniu next() funkcja wznawia działanie od miejsca, w którym się zatrzymała.

def licz_do(n):
    count = 1
    while count <= n:
        yield count
        count += 1

counter = licz_do(5)

print(next(counter))  # 1
print(next(counter))  # 2

# Możemy też przeiterować przez resztę pętlą
for number in counter:
    print(number)  # 3, 4, 5

Generatory są jednorazowe

Po wyczerpaniu wszystkich wartości generator jest pusty - nie można go przewinąć do początku. Żeby przeiterować ponownie, trzeba stworzyć nowy obiekt generatora.

counter = licz_do(3)
print(list(counter))  # [1, 2, 3]
print(list(counter))  # [] - już wyczerpany

Wyrażenia generatorów

Bardziej zwięzły sposób na tworzenie generatorów, analogiczny do list składanych. Różnica: nawiasy okrągłe () zamiast kwadratowych []. W przeciwieństwie do listy składanej - nie tworzy całej kolekcji w pamięci od razu.

# Lista składana - oblicza wszystkie wartości natychmiast
lista = [x ** 2 for x in range(1_000_000)]

# Wyrażenie generatora - oblicza wartości na żądanie
gen = (x ** 2 for x in range(1_000_000))

gen = (x ** 2 for x in range(5))

print(next(gen))  # 0
print(next(gen))  # 1

for value in gen:
    print(value)  # 4, 9, 16

Praktyczne zastosowanie - nieskończone sekwencje

Generator może generować wartości w nieskończoność, bo nie przechowuje ich wszystkich w pamięci:

def kolejne_liczby(start=0):
    n = start
    while True:
        yield n
        n += 1

gen = kolejne_liczby(10)
print(next(gen))  # 10
print(next(gen))  # 11
print(next(gen))  # 12
# ... można wywoływać w nieskończoność
Czym generatory różnią się od iteratorów?

Różnią się sposobem tworzenia:

  • Iteratory tworzy się z dowolnej kolekcji przez iter() lub definiując klasę z metodami __iter__() i __next__() (wymaga znajomości OOP).
  • Generatory tworzy się funkcją z yield lub wyrażeniem generatora - Python automatycznie obsługuje cały mechanizm stanu.

Generatory są uproszczonymi iteratorami - robią to samo, ale wymagają znacznie mniej kodu. Iteratory (jako klasy) zostaną omówione po przerobieniu programowania obiektowego.

# Pełny iterator jako klasa (wymaga OOP):
class LiczDo:
    def __init__(self, max_value):
        self.max_value = max_value
        self.current = 1

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current > self.max_value:
            raise StopIteration
        value = self.current
        self.current += 1
        return value

# Odpowiednik jako generator (5 linii zamiast 15):
def licz_do(max_value):
    current = 1
    while current <= max_value:
        yield current
        current += 1

📝 Zadania

Stwórz plik python1course/zaj02/generatory.py i wykonaj w nim poniższe zadania.

  1. Napisz generator dni_tygodnia(), który zwraca nazwy dni tygodnia od poniedziałku do niedzieli. Następnie:

    • Użyj go w pętli for, żeby wypisać wszystkie dni,
    • Utwórz nowy obiekt generatora i użyj next(), żeby pobrać tylko pierwsze trzy dni bez iterowania przez cały tydzień.

    Tip

    To zadanie można wykonać zarówno funkcją z yield, jak i wyrażeniem generatora.

  2. Napisz generator fibonacci(), który w nieskończoność zwraca kolejne liczby Fibonacciego (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, ...). Pobierz i wypisz pierwszych 10 wyrazów.

  3. Napisz wyrażenie generatora, które z listy słów zwraca tylko te, które mają więcej niż 4 znaki, zamienione na wielkie litery. Przetestuj na liście: 

    slowa = ["python", "to", "swietny", "jezyk", "do", "nauki"]
    Porównaj zużycie pamięci z analogiczną listą składaną (możesz użyć modułu sys i sys.getsizeof()).