🚀 迭代器和生成器练习

迭代器和生成器是Python中处理数据流的强大工具！通过这组练习，你将能够熟练运用迭代器和生成器来编写更高效、更优雅的代码。准备好了吗？让我们开始吧！

📝 练习目标

• 理解迭代器协议的工作原理
• 能够创建自定义迭代器类
• 掌握生成器函数的编写方法
• 熟练使用生成器表达式
• 能够在实际场景中应用迭代器和生成器

🌱 基础练习

1. 自定义倒计时迭代器

创建一个名为CountdownIterator的迭代器类，用于实现倒计时功能。该迭代器应该从给定的起始数字开始，每次返回当前数字并将其减1，直到达到0。

要求：

• 实现__iter__和__next__方法
• 当倒计时结束时，抛出StopIteration异常

示例：

# 创建一个从5开始倒计时的迭代器
countdown = CountdownIterator(5)
for num in countdown:
    print(num)
# 输出：
# 5
# 4
# 3
# 2
# 1
# 0

参考答案提示： 在__next__方法中检查当前值是否大于等于0，如果是则返回当前值并减1，否则抛出StopIteration异常。

2. 生成器函数：偶数生成器

编写一个生成器函数even_numbers(start, end)，用于生成从start到end（包括end）之间的所有偶数。

示例：

# 生成1到10之间的所有偶数
evens = even_numbers(1, 10)
for num in evens:
    print(num, end=" ")
# 输出：2 4 6 8 10

参考答案提示： 使用yield语句来产生符合条件的偶数。

3. 生成器表达式：平方数生成器

使用生成器表达式创建一个生成器，用于生成1到20之间所有数字的平方。

示例：

# 创建平方数生成器
squares = # 生成器表达式
for square in squares:
    print(square, end=" ")
# 输出：1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 169 196 225 256 289 324 361 400

参考答案提示： 生成器表达式的语法类似于列表推导式，但使用圆括号。

4. 自定义迭代器：等差数列

创建一个名为ArithmeticSequence的迭代器类，用于生成等差数列。该迭代器应该接受起始值start、公差step和项数count作为参数。

示例：

# 创建一个起始值为2，公差为3，共5项的等差数列迭代器
arithmetic = ArithmeticSequence(2, 3, 5)
for num in arithmetic:
    print(num, end=" ")
# 输出：2 5 8 11 14

参考答案提示： 在__next__方法中计算下一个项，并跟踪已生成的项数。

5. 生成器函数：斐波那契数列

编写一个生成器函数fibonacci(max_count)，用于生成斐波那契数列的前max_count项。斐波那契数列的定义是：前两项为0和1，后续每项都是前两项之和。

示例：

# 生成斐波那契数列的前10项
fib = fibonacci(10)
for num in fib:
    print(num, end=" ")
# 输出：0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

参考答案提示： 使用两个变量来跟踪前两个数，并在循环中更新它们。

🚀 挑战练习

6. 无限序列生成器

编写一个生成器函数infinite_counter(start=0, step=1)，用于生成一个无限递增的序列。该生成器应该从start开始，每次增加step。

要求：

• 由于这是一个无限序列，用户需要通过其他方式（如循环次数限制）来停止迭代

示例：

# 创建一个从10开始，步长为2的无限计数器
counter = infinite_counter(10, 2)
# 只获取前5个值
for i in range(5):
    print(next(counter), end=" ")
# 输出：10 12 14 16 18

参考答案提示： 使用无限循环（while True）和yield语句。

7. 文件读取生成器

编写一个生成器函数read_file_by_lines(file_path)，用于逐行读取文件内容。该生成器应该每次返回文件的一行，直到文件结束。

要求：

• 处理文件不存在的情况
• 确保文件正确关闭

示例：

# 假设存在一个名为"sample.txt"的文件
for line in read_file_by_lines("sample.txt"):
    print(line.strip())
# 输出文件的每一行内容

参考答案提示： 使用with语句和for循环遍历文件对象。

8. 数据处理管道

创建一个简单的数据处理管道，由多个生成器函数组成。具体来说，实现以下三个生成器函数：

1. read_numbers(file_path): 从文件中读取数字（每行一个数字）
2. filter_positive(numbers): 过滤出正数
3. calculate_squares(numbers): 计算每个数字的平方

然后将这些生成器组合成一个数据处理管道。

示例：

# 创建数据处理管道
pipeline = calculate_squares(filter_positive(read_numbers("numbers.txt")))

# 使用管道
for square in pipeline:
    print(square, end=" ")
# 输出：文件中所有正数的平方

参考答案提示： 每个生成器函数接收一个迭代器作为输入，并产生处理后的值。

💡 部分参考答案

1. 自定义倒计时迭代器

class CountdownIterator:
    def __init__(self, start):
        self.start = start
        self.current = start
    
    def __iter__(self):
        return self
    
    def __next__(self):
        if self.current < 0:
            raise StopIteration
        value = self.current
        self.current -= 1
        return value

2. 生成器函数：偶数生成器

def even_numbers(start, end):
    # 调整起始值，确保是偶数
    if start % 2 != 0:
        start += 1
    # 生成从start到end的所有偶数
    for num in range(start, end + 1, 2):
        yield num

3. 生成器表达式：平方数生成器

squares = (x**2 for x in range(1, 21))

4. 自定义迭代器：等差数列

class ArithmeticSequence:
    def __init__(self, start, step, count):
        self.start = start
        self.step = step
        self.count = count
        self.current_count = 0
        self.current_value = start
    
    def __iter__(self):
        return self
    
    def __next__(self):
        if self.current_count >= self.count:
            raise StopIteration
        value = self.current_value
        self.current_value += self.step
        self.current_count += 1
        return value

5. 生成器函数：斐波那契数列

def fibonacci(max_count):
    if max_count <= 0:
        return
    a, b = 0, 1
    count = 0
    while count < max_count:
        yield a
        a, b = b, a + b
        count += 1

📚 扩展阅读

• Python官方文档 - 迭代器类型
• Python官方文档 - 生成器
• Python生成器深入理解
• Python中的迭代器和生成器

🎉 恭喜你完成了迭代器和生成器的练习！这些工具是Python中处理数据流的强大武器，掌握它们将帮助你编写更高效、更优雅的代码。在实际项目中，尤其是处理大型数据或需要惰性求值的场景，迭代器和生成器会是你的得力助手。继续加油！ 💪