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Python生成器yield原理解析_暂停与恢复执行机制【技巧】

冷炫風刃

冷炫風刃

发布时间:2025-12-27 23:53:02

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来源于php中文网

原创

yield使函数变成生成器:调用时返回generator对象,保存栈帧状态,通过next()/send()暂停恢复执行;return触发StopIteration;需注意可变对象共享陷阱及close()/throw()资源控制。

python生成器yield原理解析_暂停与恢复执行机制【技巧】

yield 是如何让函数变成生成器的

调用一个含 yield 的函数时,它不会立即执行函数体,而是直接返回一个 generator 对象。这个对象本质上是实现了迭代器协议(__iter____next__)的状态机。

关键点在于:函数的局部变量、执行位置、异常状态都被保存在生成器对象内部,不是靠线程或协程调度,而是靠 CPython 解释器在每次 next()send() 时恢复帧(PyFrameObject)来实现“暂停-恢复”。

  • yield 表达式本身会暂停执行,并把右侧值返回给调用方(类似 return,但不销毁栈帧)
  • 下一次调用 __next__() 时,从 yield 后一条语句继续执行
  • 如果用 send(value),则该 value 会成为上一个 yield 表达式的求值结果

yield 表达式与 return 的行为差异

return 在生成器中不是禁止的,但它有特殊语义:触发 StopIteration 异常,并可携带一个返回值(Python 3.3+ 支持 return value,该值会成为 StopIteration.value)。

yield 永远不会结束生成器,除非自然退出或被 close() / throw() 中断。

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  • 首次调用 next(gen) 会执行到第一个 yield 并暂停;此时不能用 send(value)(必须先 next()send(None)
  • return 后不能再有代码(语法错误),但 yield 后可以跟普通语句(只要没被执行到)
  • 生成器退出后再次调用 next(),一律抛出 StopIteration,且不可重用

常见误用:在 yield 后修改变量却期望保留旧状态

很多人以为 yield 会“冻结”所有变量,其实它只保存执行点和栈帧,而可变对象(如 listdict)仍被多个迭代周期共享 —— 这是 bug 高发区。

def bad_counter():
    items = []
    for i in range(3):
        items.append(i)
        yield items  # ❌ 所有 yield 都返回同一个 list 对象

for x in bad_counter(): print(x)

输出:

[0]

[0, 1]

[0, 1, 2] ← 不是预期的 [0], [1], [2]

  • 修复方式:在 yield 前做浅拷贝(yield items.copy())或重建新对象(yield [i]
  • 若需深拷贝,用 copy.deepcopy(),但注意性能开销
  • 这种陷阱在缓存中间结果、构建嵌套结构时极易出现,尤其配合 append() / update() 等就地修改操作

生成器关闭与异常传递的底层控制

生成器不是被动等待 next(),它支持主动中断和注入异常,这是实现资源清理和流程控制的关键。

  • gen.close() 触发 GeneratorExit 异常,可在 try/finally 中释放资源(但禁止在 except GeneratorExityield
  • gen.throw(type, value, traceback) 把异常注入当前暂停点,可用于模拟错误路径或驱动状态机
  • gen.send() 不仅传值,还能唤醒 yield 左侧等待赋值的表达式,例如 data = yield

这些机制共同构成生成器的完整生命周期控制能力,但实际项目中容易忽略 close() 调用时机 —— 比如在 for 循环未完成就跳出时,生成器不会自动关闭,可能造成资源泄漏。

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