3.1 讀寫文件

3.1.1 文件對(duì)象聲明與基本操作

與其他語(yǔ)言處理文件類似，Python 文件操作的基本流程是：打開文件→對(duì)文件進(jìn)行讀、寫或其他操作→關(guān)閉文件。

1.文件的打開

使用內(nèi)置函數(shù)open來(lái)打開文件，語(yǔ)法格式如下：

它可以接受3個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是路徑（必不可少），第二個(gè)是操作的模式（可以指定它是讀或?qū)?，或者其他的操作），第三個(gè)是編碼，它可以指定當(dāng)前文件讀取或?qū)懭氲淖址幋a是什么。后面兩個(gè)參數(shù)是可以省略的。

1）路徑的寫法

【例 3-1】 假設(shè)在 C 盤的 path 路徑下有一個(gè)文本文件“data.txt”，則有兩種表達(dá)該路徑的方法。

方法一：'c：\\path\\data.txt'，利用轉(zhuǎn)義字符指定路徑。由于“\”需要轉(zhuǎn)義，所以這里要用兩個(gè)“\\”。

方法二：r'c：\path\data.txt'，利用“r”將路徑聲明為原始字符串。

以上兩種方式指定的都是絕對(duì)路徑，即絕對(duì)地址，而在某些情況下可以直接寫一個(gè)文件名（'data.txt'），即前面不指定完整的路徑，以相對(duì)路徑的方式來(lái)表達(dá)。

在采用相對(duì)路徑表示時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在當(dāng)前的系統(tǒng)環(huán)境變量下去找有沒(méi)有同名的文件。不過(guò)建議大家盡量采用絕對(duì)路徑的表達(dá)方式，因?yàn)榻^對(duì)路徑寫得更清晰。

有時(shí)我們?cè)趯懘a時(shí)，希望省略前面的磁盤目錄名稱，直接寫一個(gè)文件名，這時(shí)可以通過(guò)加載 os 模塊來(lái)改變當(dāng)前目錄^[2]。Python 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的 os 模塊包含普遍的操作系統(tǒng)功能。如果希望程序與平臺(tái)無(wú)關(guān)的話，這個(gè)模塊是尤為重要的。os模塊提供了非常豐富的方法來(lái)處理文件和目錄?？聪旅娴拇a：

以上異常信息顯示在當(dāng)前目錄下沒(méi)有找到要打開的文件，那么當(dāng)前的目錄是什么？可以通過(guò)導(dǎo)入模塊os來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。使用os模塊中的方法“getcwd（）”可以獲得當(dāng)前的操作目錄。

瀏覽此目錄發(fā)現(xiàn)的確沒(méi)有“data.txt”文件。

通過(guò) os 模塊中的方法“chdir（）”可以進(jìn)行目錄切換操作，這樣在打開或?qū)懳募r(shí)就可以省略文件所在的目錄路徑，只寫一個(gè)文件名稱即可。

os 模塊提供了很多對(duì)文件目錄進(jìn)行操作的方法，如判斷指定目錄下的指定文件是否存在、獲取指定目錄下的所有文件或子文件夾里的所有文件、刪除指定目錄下的文件、創(chuàng)建新目錄，還可以創(chuàng)建多級(jí)目錄等。os模塊的常用方法如表3-1所示。

可以在導(dǎo)入os模塊后，通過(guò)help（os）命令查閱更多的方法及它們的語(yǔ)法格式。

注意：當(dāng)父目錄不存在時(shí)，os.mkdir（path）不會(huì)創(chuàng)建目錄，但是 os.makedirs（path）會(huì)創(chuàng)建父目錄。

【例 3-2】 在 D 盤創(chuàng)建目錄“D：\456\123”。說(shuō)明，D 盤事先不存在文件夾“456”。

在D盤沒(méi)有文件夾“456”的情況下，利用方法makedirs可以在“456”文件夾下創(chuàng)建下級(jí)子文件夾“123”。

說(shuō)明os.makedirs（）創(chuàng)建文件夾成功。

【例3-3】 將當(dāng)前目錄改為“D：\456\123”，然后再返回上一級(jí)目錄。

2）模式

模式用來(lái)指定打開文件時(shí)的操作方式。在 Python3 中，文本文件被當(dāng)作“Unicode”字符串對(duì)待，二進(jìn)制文件中的內(nèi)容則以字節(jié)的形式來(lái)操作。

利用全局函數(shù) open 聲明文件對(duì)象時(shí)，在"模式"這個(gè)位置指定一個(gè)字符串來(lái)表示文件的打開模式。文件打開的主要模式如表3-2所示。

使用 open 函數(shù)打開文件時(shí)，如果"模式"處是'r'，則表示以讀的方式來(lái)操作當(dāng)前的文件。如果要寫文件的話，把'r'換成'w'。如果想同時(shí)對(duì)這個(gè)文件進(jìn)行讀、寫操作，可以用'rw'。如果想在原有文件的基礎(chǔ)上追加一些內(nèi)容，則可以用'a'。

二進(jìn)制文件是以字節(jié)形式來(lái)操作的。其在模式指定上有些差別，需要在字母 r、w、a后面加上“b”，把它聲明為二進(jìn)制字節(jié)的方式。

本章只討論對(duì)文本文件進(jìn)行讀、寫等操作。

通過(guò)任意記事本在 D 盤的“D：\python\PythonEXample”目錄下創(chuàng)建一個(gè)文本文件“data.txt”，在保存文件時(shí)請(qǐng)注意編碼的選擇，如圖3-1所示。

在Windows下的編碼是“ANSI”，它的字符是以“gbk”的形式保存的。如果想讓文本文件的兼容性更高，可以選擇“UTF-8”。目前默認(rèn)是“ANSI”。

接下來(lái)就可以用Python來(lái)對(duì)這個(gè)文本文件進(jìn)行操作了。

2.聲明文件

前面聲明其他變量時(shí)比較簡(jiǎn)單，比如聲明一個(gè) int 型變量“i”，或者聲明字符串變量“s”：

文件對(duì)象的聲明比較特殊。假設(shè)我們要聲明一個(gè)文件對(duì)象“f”，可以使用一個(gè)全局函數(shù)open來(lái)指定它的路徑、模式、編碼。

其中，第三個(gè)參數(shù)可以省略，例如：

在open函數(shù)調(diào)用完畢之后，f指向本地的某個(gè)文件，f相當(dāng)于將一個(gè)對(duì)象引用到文件（參考1.4.1節(jié)）。可以通過(guò)type（）來(lái)檢查f的類型。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)f的類型是“_io.TextIOWrapper”，并不是我們認(rèn)為的“file”。這點(diǎn)請(qǐng)注意！

3.文件讀操作

當(dāng)使用 open 函數(shù)打開一個(gè)文件后，會(huì)返回一個(gè)文件對(duì)象，可以使用文件對(duì)象的方法完成對(duì)文件的讀、寫等操作。文件對(duì)象的常用方法如表3-3所示。

說(shuō)明：對(duì)文件操作的時(shí)候究竟是字符還是字節(jié)，取決于當(dāng)前操作文件的類型或讀取方式，若有“b”就是二進(jìn)制形式，讀取的是字節(jié)；若沒(méi)有“b”就是文本形式，讀取的是字符。本章主要討論文本文件的讀、寫操作。

【例3-4】 讀取文件的所有內(nèi)容。

此時(shí)，輸出的內(nèi)容前多了“\ufeff”，但通過(guò) print（）輸出時(shí)不會(huì)出現(xiàn)，所以不用理會(huì)。當(dāng)然，如果的確希望得到如下的結(jié)果：

那就需要修改open函數(shù)中的編碼參數(shù)，如下：

觀察輸出的文件內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)在換行的位置并沒(méi)有顯示為換行，而是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“\n”來(lái)顯示。換行顯示為“\n”，這是控制臺(tái)交互式方式下提示符的表現(xiàn)形式。如果希望在控制臺(tái)屏幕上顯示為換行結(jié)果，則可以使用 print（）來(lái)輸出 f.read（）的結(jié)果。但在上次使用完 f.read（）后，若再次使用即第二次調(diào)用 f.read（）時(shí)請(qǐng)注意，此時(shí)得不到想要的結(jié)果，得到的是空白。原因在于，它的內(nèi)部機(jī)制是文件讀取的時(shí)候有一個(gè)指針從開始移到結(jié)尾，read（）結(jié)束之后，文件指針已經(jīng)移到文件尾了。當(dāng)再次執(zhí)行 read（）時(shí)，已經(jīng)沒(méi)有內(nèi)容可讀取了。針對(duì)這種情況，有兩種解決方法。

方法一：重新創(chuàng)建當(dāng)前文件的實(shí)例（重新進(jìn)行聲明），然后進(jìn)行讀取，但這樣比較麻煩。

方法二：把文件指針重新移到文件的開頭，即調(diào)用 f.seek（0）（它表示將指針移到文件的開頭，也就是第一個(gè)字符位置），然后重新調(diào)用f.read（）來(lái)完成。

通過(guò)調(diào)用 f.seek（0）將文件指針重新移到文件最開始的位置，再次對(duì)文件進(jìn)行操作，這對(duì)于規(guī)模較小的文件是可以的。但若文件規(guī)模較大，這樣的讀取方式就不可行了，因?yàn)樗鼤?huì)占用內(nèi)存，讀取的效率不高，而且當(dāng)希望對(duì)讀取的文件內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的處理時(shí)比較麻煩。因此，可以考慮使用別的方法。

下面來(lái)看如何把一個(gè)規(guī)模較大的文件先讀入一個(gè)列表中，然后再針對(duì)每一行進(jìn)行處理。

【例3-5】 將文件所有行讀取到列表。

如果只是希望將文件每一行的內(nèi)容輸出，則可以通過(guò)一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法來(lái)解決。因?yàn)?Python 將文件本身作為一個(gè)行序列，所以，通過(guò) for-in 遍歷循環(huán)可以直接輸出文件每一行的內(nèi)容。

對(duì)文件也可以不調(diào)用任何方法來(lái)完成這些操作，原因在于，聲明一個(gè)文件對(duì)象后，得到的文件指針是一個(gè)可迭代的對(duì)象，可用for-in遍歷循環(huán)對(duì)其進(jìn)行遍歷操作。

3.1.2 編碼問(wèn)題

在前面的例子中，利用 open 函數(shù)來(lái)聲明文件對(duì)象時(shí)，省略了第三個(gè)參數(shù)，即省略了編碼的指定。接下來(lái)介紹指定編碼后會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，以及該如何處理。

首先，打開文件“D：\python\PythonEXample\data.txt”，另存為“D：\python\PythonEXample\data1.txt”，但在保存時(shí)選擇編碼方式為“UTF-8”。

對(duì)“D：\python\PythonEXample\data1.txt”文件進(jìn)行操作：

結(jié)果顯示在解碼的時(shí)候遇到一些問(wèn)題，原因是之前我們保存的“data.txt”的編碼方式是“gbk”，而“data1.txt”的編碼方式是“UTF-8”，兩者的編碼方式不兼容。

這時(shí)可以通過(guò)在使用open函數(shù)時(shí)明確指明它的第三個(gè)參數(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

因此，今后凡是出現(xiàn)UnicodeDecodeError的錯(cuò)誤（編碼錯(cuò)誤），首先想到的就是在打開文件時(shí)指定的編碼方式和保存文件時(shí)指定的編碼方式不兼容。此時(shí)只需要通過(guò)open函數(shù)中的第三個(gè)參數(shù)指定正確的編碼方式就可以了。

注意：文件打開時(shí)如果省略第三個(gè)參數(shù)，則默認(rèn)以“gbk”的編碼方式打開，因此，如果保存文件時(shí)不是以“gbk”的方式保存的，請(qǐng)?jiān)诖蜷_文件時(shí)一定記得帶上參數(shù)“encoding”來(lái)指定編碼方式。如果文件是以“Unicode”方式保存的，則打開文件時(shí)指定的編碼參數(shù)為“encoding="UTF-16"”。

根據(jù)以上對(duì)全局函數(shù)open的操作，對(duì)于open（"路徑"，"模式"，encoding=''編碼"），總結(jié)如下：

（1）第二個(gè)參數(shù)、第三個(gè)參數(shù)都可以省略。

（2）省略第二個(gè)參數(shù)，默認(rèn)以'r'模式打開。

（3）省略第三個(gè)參數(shù)，默認(rèn)以“gbk”的編碼方式打開。

（4）打開文件時(shí)指定的編碼方式一定要和保存文件時(shí)的編碼方式一致。

3.1.3 文件寫入操作

前面主要介紹了Python對(duì)文本文件的讀取操作，下面介紹如何對(duì)文件進(jìn)行寫入操作。

現(xiàn)在使用 Python 來(lái)創(chuàng)建文本文件。假定要操作文件的位置還是在“D：\python\PythonEXample”目錄下，為了避免在接下來(lái)的操作中寫完整的路徑，我們把當(dāng)前的工作目錄切換到“D：\python\PythonEXample”目錄下，可以通過(guò)導(dǎo)入 os 模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.write（）方法

假設(shè)我們希望在“D：\python\PythonEXample”目錄下創(chuàng)建一個(gè)文件，保存一些信息，如寫入一個(gè)特定的字符串信息，則可以通過(guò)調(diào)用文件對(duì)象的“write（）”方法來(lái)完成（其參數(shù)必須是字符串?。Ｗ⒁猓捍藭r(shí)若想換行，必須明確指定一個(gè)換行符“\n”來(lái)進(jìn)行換行，代碼如下：

執(zhí)行上述代碼后，到指定目錄下可以看到的確有一個(gè)“course.txt”文件，如圖 3-2所示。但雙擊打開該文件，發(fā)現(xiàn)文件里沒(méi)有任何文字內(nèi)容。

注意：open 函數(shù)的'w'模式只能創(chuàng)建文件，不能創(chuàng)建文件夾。如果要?jiǎng)?chuàng)建文件夾，請(qǐng)調(diào)用“os.mkdir（path）”或“os.makedirs（path）”來(lái)完成。

2.close（）方法

上面用 write（）創(chuàng)建的文件之所以沒(méi)有內(nèi)容，原因在于剛才的代碼還沒(méi)有編寫結(jié)束，其實(shí)剛才的操作還只是在內(nèi)存里的操作。如何才能將剛才寫入的內(nèi)容“單位：重慶師范大學(xué)\n”真實(shí)地反映在具體的文件里呢？方法是關(guān)閉剛才操作的文件（關(guān)閉連接）。完整的代碼如下：

此時(shí)再重新打開文件“course.txt”，就可以看到剛才寫入的內(nèi)容了。

打開文件后，可觀察到光標(biāo)所在位置是在寫入內(nèi)容的下一行，請(qǐng)問(wèn)為什么？

打開文件后，通過(guò)“另存為”對(duì)話框?qū)?huì)看到，其編碼方式的確為“UTF-8”。

3.writelines（）方法、flush（）方法

如果要一次寫入多行文本，可以事先將多行文本放到一個(gè)列表里，然后調(diào)用writelines（）方法，它可以一次性地將列表中所有的信息寫入文本文件中。

同樣，代碼還在內(nèi)存里，它并沒(méi)有直接映射輸出到文件中。此時(shí)如果我們不想關(guān)閉文件，而又想將緩存的內(nèi)容映射到硬盤上，則可使用方法flush（）來(lái)達(dá)成目標(biāo)。

注意：沒(méi)有“writeline（）”方法！

當(dāng)打開所創(chuàng)建的文件后又發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，本來(lái)希望把每一個(gè)姓名寫入文件的每一行中，但是發(fā)現(xiàn)所有的內(nèi)容都寫在一行上了，顯示結(jié)果如下：

此時(shí)只需要修改“names”變量，在其每個(gè)元素中加上一個(gè)換行符“\n”即可。

3.1.4 列表推導(dǎo)式

上面給出的加換行符的方法不推薦使用，因?yàn)槿绻?names 的元素個(gè)數(shù)很多，這樣的修改操作顯然不可取。下面介紹一種非常簡(jiǎn)便的方法——列表推導(dǎo)式。

1.列表推導(dǎo)式書寫形式

列表生成式（List Comprehensions），又叫列表推導(dǎo)式，是Python內(nèi)置的非常簡(jiǎn)單卻強(qiáng)大的可以用來(lái)創(chuàng)建列表的生成式^[3]，它是利用其他可迭代序列來(lái)創(chuàng)建新列表的一種方法。它的工作方式類似于for-in遍歷循環(huán)。其語(yǔ)法格式如下：

此處的“表達(dá)式”可以是有返回值的函數(shù)。

說(shuō)明：表達(dá)式中的變量來(lái)自 for-in 遍歷循環(huán)中的變量，隨著變量在迭代序列中的遍歷，將遍歷得到的值帶入表達(dá)式，表達(dá)式的值將作為列表中元素的值。

列表推導(dǎo)式的本質(zhì)是從可迭代序列中選出一部分或全部元素進(jìn)行運(yùn)算后作為新列表的元素，從而生成一個(gè)新的列表。注意，生成的是另外一個(gè)新列表，原列表保持不變。利用列表推導(dǎo)式能非常簡(jiǎn)潔地構(gòu)造一個(gè)新列表。

2.示例

【例3-6】 利用range函數(shù)生成一個(gè)由0～9每個(gè)數(shù)的平方作為元素的列表。

說(shuō)明：這里表達(dá)式“x*x”里的 x 來(lái)自 for-in 遍歷循環(huán)中的變量，而該變量 x 在“range（10）”產(chǎn)生的序列 0，1，2，…，9 中依次取值，并將每次遍歷的值代入表達(dá)式“x*x”進(jìn)行計(jì)算，然后將“x*x”的值作為最后得到的列表中的元素。所以，最后得到的列表為[0，1，4，9，16，25，36，49，64，81]。

如果希望得到的列表元素是能被 3 整除的數(shù)的平方，則在列表推導(dǎo)式中添加一個(gè)if表達(dá)式就可以完成。

【例 3-7】 利用 range 函數(shù)生成由 10 以內(nèi)且能被 3 整除的數(shù)的平方作為元素的列表。

第一次循環(huán)時(shí)，變量x取0，此時(shí)條件0%3==0成立，因此，將此x的值帶入表達(dá)式“x*x”計(jì)算得到值 0，作為列表的第 1 個(gè)元素；第二次循環(huán)時(shí)，變量 x 取 1，但此時(shí)條件 1%3==0 不成立，因此，不帶入表達(dá)式“x*x”進(jìn)行計(jì)算；第三次循環(huán)時(shí)，變量 x 取 2，此時(shí)，條件 2%3==0 仍然不成立，因此，也不帶入表達(dá)式“x*x”進(jìn)行計(jì)算；第四次循環(huán)時(shí)，變量 x 取 3，條件 3%3==0 成立，因此，將其帶入表達(dá)式“x*x”計(jì)算得到值9，作為列表的第2個(gè)元素；……最后得到的列表為[0，9，36，81]。還可以增加更多的for語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。

【例3-8】 利用range函數(shù)生成由數(shù)字0和1兩兩組合形成的列表作為元素的列表。

【例3-9】 利用range函數(shù)生成由數(shù)字0～2兩兩組合形成的元組作為元素的列表。

列表推導(dǎo)式總是返回一個(gè)列表。

【例 3-10】 遍歷元組（或列表）的每個(gè)元素，得到由元組（或列表）的每個(gè)元素的平方構(gòu)成的列表。

3.用列表推導(dǎo)式解決問(wèn)題

問(wèn)題：如3.1.3節(jié)最后提到的，我們希望把每一個(gè)姓名寫入文件的每一行中，而不是把所有的內(nèi)容都寫在同一行。

要解決以上問(wèn)題，可以重新聲明一個(gè)變量，但這里我們使用列表推導(dǎo)式來(lái)完成。新的列表 new_names 的元素等于之前的列表 names 中的元素 name 加上一個(gè)換行符“\n”，新的列表中的變量name來(lái)自之前的列表names中的元素。

這里，表達(dá)式為“name+'\n'”，表達(dá)式里的變量name來(lái)自for-in遍歷循環(huán)里的變量 name，而變量 name 在循環(huán)過(guò)程中會(huì)遍歷列表 names 中的所有元素，每遍歷出單個(gè)元素都把它當(dāng)作臨時(shí)變量name代入表達(dá)式“name+'\n'”中計(jì)算，得到的結(jié)果作為新列表里的一個(gè)元素，即在列表 names 中的每個(gè)元素后加上'\n'，最終返回一個(gè)新的列表new_names。

此時(shí)再打開文件“people.txt”可看到結(jié)果如下：

思考：假設(shè)之前已經(jīng)在一行寫入了 4 個(gè)人名信息，現(xiàn)在再次寫入之后，為什么不是位于原有內(nèi)容之后，而是把原來(lái)的內(nèi)容替換掉了呢？請(qǐng)給出能得到正確結(jié)果的代碼。

提示：希望大家打開資源管理器窗口，仔細(xì)觀察文件操作過(guò)程中每個(gè)命令執(zhí)行時(shí)它的變化情況。

3.1.5 關(guān)閉文件

雖然通過(guò)調(diào)用方法 flush（）能夠?qū)⒕彺娴膬?nèi)容寫到文件中，但這里再次強(qiáng)調(diào)，最終文件的關(guān)閉還是要調(diào)用close（）方法來(lái)完成。

在 Python 中，close（）方法自動(dòng)進(jìn)行垃圾回收，釋放資源，所以，為了養(yǎng)成一個(gè)好的編程習(xí)慣，或者說(shuō)考慮到 Python 語(yǔ)言的不同實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該養(yǎng)成手動(dòng)關(guān)閉文件的習(xí)慣。但是寫代碼時(shí)往往容易忽略這個(gè)操作，此時(shí)可利用Python提供的上下文語(yǔ)法來(lái)實(shí)現(xiàn)^[2]。

3.1.6 上下文語(yǔ)法

Python 中的上下文語(yǔ)法，具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)一個(gè)特定的代碼段，將一系列的操作封裝在一個(gè)上下文的環(huán)境里（用關(guān)鍵字 with 進(jìn)行封裝），當(dāng)這個(gè)環(huán)境結(jié)束時(shí)，它會(huì)自動(dòng)調(diào)用close（）來(lái)關(guān)閉，而不需要我們手動(dòng)去調(diào)用close（）了。

上下文語(yǔ)法的格式如下：

縮進(jìn)代碼體的操作都是圍繞對(duì)象f進(jìn)行的。

這樣就不用手動(dòng)調(diào)用f.close（）來(lái)顯式地關(guān)閉文件了。在當(dāng)前的上下文代碼體執(zhí)行完畢后，當(dāng)前的資源會(huì)自動(dòng)釋放。

【例 3-11】 假定對(duì)某個(gè)文件要進(jìn)行讀取操作，而又不想顯式地調(diào)用 close（）關(guān)閉文件，請(qǐng)利用上下文語(yǔ)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如想讀取“people.txt”文件的內(nèi)容，通過(guò) open 函數(shù)打開一個(gè)文件，把它放到一個(gè)上下文對(duì)象f里，f不調(diào)用任何方法的時(shí)候其實(shí)是調(diào)用它本身的迭代對(duì)象，可以遍歷打印該迭代對(duì)象的所有內(nèi)容。打印完退出整個(gè)“with”上下文代碼體的時(shí)候，不用調(diào)用f.close（），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，并且釋放所需要的資源。代碼如下：

以上看到的是讀取操作，同樣，寫入操作也可類似地完成。

以上代碼并沒(méi)有包含 f.close（）或 f.flush（），但是執(zhí)行上述代碼后，打開文件發(fā)現(xiàn)要寫入的信息已經(jīng)寫入文件“test.txt”中了，說(shuō)明執(zhí)行上下文代碼體后系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用了close（）方法關(guān)閉文件。

實(shí)際開發(fā)時(shí)上下文語(yǔ)法比較實(shí)用，它可以避免顯式地調(diào)用 close（）或編寫釋放資源的代碼。

3.1.7 生成器

通過(guò)列表推導(dǎo)式，我們可以直接創(chuàng)建一個(gè)列表。但是，受到內(nèi)存限制，列表容量肯定是有限的。創(chuàng)建一個(gè)規(guī)模很大的列表，不僅占用的存儲(chǔ)空間多，而且如果我們僅僅需要訪問(wèn)前面幾個(gè)元素，那后面絕大多數(shù)元素占用的空間都白白地浪費(fèi)了。

所以，如果列表元素可以按照某種算法推算出來(lái)，那是否可以在循環(huán)的過(guò)程中不斷推算出后續(xù)的元素呢？如果可以這樣，就不必創(chuàng)建完整的列表，從而可以節(jié)省大量的空間。在Python中，這種一邊循環(huán)一邊計(jì)算的機(jī)制，稱為生成器（generator）。

1.創(chuàng)建生成器

要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)生成器，有很多種方法。這里介紹一種很簡(jiǎn)單的方法，只要把一個(gè)列表推導(dǎo)式的中括號(hào)[]改成小括號(hào)（），就創(chuàng)建了一個(gè)生成器。

說(shuō)明：只需要把創(chuàng)建列表推導(dǎo)式的中括號(hào)[]改成小括號(hào)（）即得到了生成器，但注意，不是把創(chuàng)建列表的[]改成（），那樣得到的是一個(gè)元組。所以，要清楚列表的創(chuàng)建和列表推導(dǎo)式的創(chuàng)建是不同的，雖然最后的結(jié)果都是一個(gè)列表。

2.獲取生成器的每個(gè)元素

由于列表推導(dǎo)式最終的結(jié)果還是一個(gè)列表，因此，可以通過(guò)下標(biāo)索引的方式對(duì)列表中的元素進(jìn)行訪問(wèn)和截取。但對(duì)生成器中的元素，又該如何來(lái)訪問(wèn)呢？

由于生成器保存的是算法，因此，可以通過(guò)調(diào)用全局函數(shù) next（）來(lái)獲得生成器的每個(gè)元素^[4]，直至計(jì)算到最后一個(gè)元素。若此時(shí)再次使用 next（）來(lái)獲取元素，系統(tǒng)會(huì)拋出 StopIteration 異常。實(shí)際上，可以把生成器的數(shù)據(jù)流看作一個(gè)有序序列，雖然不知道序列的長(zhǎng)度，但是可以通過(guò)不斷地計(jì)算來(lái)獲取下一個(gè)值，直到最后拋出StopIteration異常。StopIteration異常用于標(biāo)識(shí)迭代的完成，防止出現(xiàn)無(wú)限循環(huán)的情況。

但要特別注意：一旦生成器的值用完了，再次調(diào)用 next（）就會(huì)出現(xiàn)異常錯(cuò)誤，所以，每個(gè)生成器只能使用一次。

請(qǐng)仔細(xì)理解下面的每步操作。

更多next（）函數(shù)的使用方法可以通過(guò)help（next）來(lái)了解。

通過(guò)next（）函數(shù)雖然可以輸出生成器的每個(gè)元素，但獲取完最后一個(gè)元素后如果還試圖執(zhí)行 next（）操作，系統(tǒng)會(huì)拋出 StopIteration 異常。所以，最好的方式是通過(guò) for-in遍歷循環(huán)來(lái)輸出生成器的每個(gè)元素，使用這種方式系統(tǒng)不會(huì)拋出異常。

也可以用下面的方式來(lái)達(dá)到同樣的目標(biāo)：

生成器非常強(qiáng)大。當(dāng)推算的算法比較復(fù)雜，用類似列表推導(dǎo)式的 for-in 遍歷循環(huán)無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，還可以用函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。更多有關(guān)生成器的內(nèi)容請(qǐng)大家查閱相關(guān)網(wǎng)站^[3]或查看 Python 的官方文件^[4]。生成器不僅可以使用 for-in 遍歷循環(huán)輸出每個(gè)元素，還可以通過(guò)不斷調(diào)用 next（）函數(shù)返回下一個(gè)值，直到最后拋出 StopIteration 錯(cuò)誤，表示已經(jīng)讀取完生成器中的所有元素了。