Python迭代器和生成器函数：生成无限序列的方法

Python中的迭代器和生成器函数是非常有用的工具，可以用来创建无限序列。无限序列是一个包含无穷多个元素的序列，因此无法在内存中完全加载，但是我们可以使用迭代器和生成器函数来生成整个序列或某个子集。

一、迭代器（Iterator）

Python的迭代器是一种能够迭代遍历序列的对象，它可以一次返回一个元素，不必事先将整个序列加载到内存中。迭代器通过定义__iter__和__next__方法来实现。__iter__方法返回迭代器对象本身，而__next__方法返回序列下一个元素。当迭代器所有元素都已返回，__next__方法触发StopIteration异常来通知调用者迭代已经结束。

迭代器的一个特殊子类是生成器（Generator），它是一种更加方便的迭代器实现。生成器可以使用yield语句来一次生成一个元素，而不必定义__iter__和__next__方法。每次调用生成器函数时，它会从上一次离开的地方开始执行。

二、生成器函数（Generator Function）

生成器函数是一种特殊的函数，它会生成生成器对象，用于产生一个序列。生成器函数可以包含yield语句，每次执行yield语句时，生成器会返回yield表达式的值，并暂停执行，等待下一次请求。生成器从暂停位置恢复时，从yield语句处继续执行。

生成器函数用于生成无限序列的优点是可以无限延长序列并节省内存。如果需要访问序列的某些子集，可以使用迭代器实现这一目的。

下面是一个生成无限序列的例子。

def sequence():

    i = 0

    while True:

        yield i

        i += 1

生成序列的函数sequence（）包含一个while循环，不停地增加计数器i的值，并使用yield语句返回它。由于yield语句能够保存当前函数状态，sequence（）函数可以在每次迭代中保留前一个计数器值。我们可以调用该函数并使用next()函数来访问生成器的下一个值，如下所示。

gen = sequence()

print(next(gen))    # 输出 0

print(next(gen))    # 输出 1

print(next(gen))    # 输出 2

使用一个无限序列的好处是我们不必担心它已经被加载到内存中并用尽了。我们可以在需要时随时调用它。

可以使用for循环来迭代生成器并处理其余数。如下所示。

for i in sequence():

    if i >= 10:

        break

    print(i)

使用for循环方式有一个缺点，就是我们无法访问序列的任何位置切片。如果需要切片，我们可以使用islice函数来迭代生成器子集，如下所示。

from itertools import islice

gen = sequence()

for i in islice(gen, 5, 10):

    print(i)

在上面的代码中，我们使用islice函数来从序列的第5个到第10个元素中提取子集，并使用for循环从生成器中迭代子集。

总之，Python中的迭代器和生成器函数是生成无限序列的有力工具。使用它们可以轻松地生成无穷序列并使用迭代器来处理其中的元素。无限序列是一种非常方便的方式，可以极大地节省内存，并允许我们在需要时访问整个序列。