Iteratoren und Generatoren

Hinter jeder for-Schleife steckt ein Iterator: ein Objekt, das Element für Element herausgibt. Mit Generatoren schreibst du solche Objekte besonders einfach, und zwar mit dem Schlüsselwort yield.

Wie for wirklich funktioniert

Listen, Texte, Dictionaries und andere Sammlungen sind iterierbar. Mit iter() bekommst du einen Iterator, mit next() das jeweils nächste Element. Ist nichts mehr da, entsteht StopIteration:

it = iter(["a", "b", "c"])
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it, "Ende"))     # mit Standardwert statt Fehler

a
b
c
Ende

Eine Funktion mit yield

Eine Funktion mit yield heißt Generatorfunktion. Beim Aufruf läuft sie nicht sofort los, sondern liefert einen Generator. Bei jedem next() läuft sie bis zum nächsten yield und pausiert dort:

def zaehle_bis(n):
    i = 1
    while i <= n:
        yield i
        i += 1

for zahl in zaehle_bis(4):
    print(zahl)

gen = zaehle_bis(2)
print(next(gen), next(gen))

1
2
3
4
1 2

Der Vorteil: Die Werte entstehen erst, wenn sie gebraucht werden. Ein Generator braucht fast keinen Speicher, auch wenn er Millionen Werte liefert.

Beispiel: Fibonacci-Zahlen

def fibonacci():
    a, b = 0, 1
    while True:            # unendlich! – aber nur bei Bedarf berechnet
        yield a
        a, b = b, a + b

from itertools import islice
print(list(islice(fibonacci(), 10)))

[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]

itertools.islice nimmt die ersten Elemente eines (auch unendlichen) Iterators.

Generator-Ausdrücke

Mit runden Klammern statt eckigen entsteht ein Generator ohne eigene Funktion:

quadrate = (x * x for x in range(1, 6))
print(next(quadrate))
print(sum(quadrate))       # summiert die restlichen vier

1
54

Ein Generator kann man nur einmal durchlaufen:

g = (x for x in [1, 2, 3])
print(list(g))
print(list(g))

[1, 2, 3]
[]

Eigene Iteratoren

Eine Klasse wird zum Iterator, wenn sie __iter__ und __next__ besitzt. In den meisten Fällen ist ein Generator aber die einfachere Lösung:

class Countdown:
    def __init__(self, start):
        self.start = start

    def __iter__(self):
        n = self.start
        while n > 0:
            yield n
            n -= 1

print(list(Countdown(3)))

[3, 2, 1]

Nützliche Werkzeuge aus itertools

from itertools import chain, combinations, product
print(list(chain([1, 2], "ab")))
print(list(combinations("ABC", 2)))
print(list(product([0, 1], repeat=2)))

[1, 2, 'a', 'b']
[('A', 'B'), ('A', 'C'), ('B', 'C')]
[(0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1)]