Python的列表推导式和生成器表达式对比

发表于:2023-2-20 09:06

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 作者:YunfengWang    来源:稀土掘金

  概述
  Python中的列表推倒式(List Comprehension) 和 生成器表达式(Generator Expression)是两种很相似的表达式,但含义却不大不同,这里做一个对比。
  列表推导式
  列表推导式是比较常用的技术,能将本来需要for loop 和 if else 语句的情况简化成一条指令,最终得到一个列表对象:
  even = [e for e in range(10) if e % 2 == 0]
  具体细节不过多展开,相信很多使用Python的人都已经足够了解这种语法了。
  需要注意的一点是,列表推导式不是惰性计算 ( Lazy Loading) 的,因此所有的列表成员都在声明完语句后立即计算 (Eager Loading),因此在数组成员很多的情况下,速度会很慢,例如下面的在IPython环境里面的三个列表推导式的耗时统计:
  In [1]: %timeit even = [e for e in range(100000) if e % 2 == 0]
  5.5 ms ± 24.8 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
  In [2]: %timeit even = [e for e in range(1000000) if e % 2 == 0]
  58.9 ms ± 440 μs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)
  In [3]: %timeit even = [e for e in range(100000000) if e % 2 == 0]
  5.65 s ± 26.5 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
  可以看到随着元素个数的增加,列表推导式执行的时间也相应变长,占用的内存也会变大。
  有一种情况是,我们定义了很多很多的数组元素,但是最后并不是所有的元素都能用到,例如经过几条命令,最后可能只有列表里面的前10个元素会用到,或者只有符合某些条件的元素会用到,这样的话,Eager模式就白白花费了时间,白白花费了内存来创建很多用不到的元素,这显然有很大的改进空间。
  生成器表达式
  生成器能表达式解决上面的问题,它的元素迭代是惰性的,因此只有需要的时候才生产出来,避免了额外的内存开销和时间开销: 生成器表达式不管元素数目多大,创建时都是常数时间,因为它并没有立即创建元素。
  那么生成器表达式的语法是怎么样的呢,很简单,只需要把列表推导式中的方括号改为圆括号:
  even_gen = (e for e in range(10) if e % 2 == 0)
  注意它的类型是生成器类型:
  type(even_gen)
  # generator
  创建生成器表达式的耗时统计:
  In [1]: %timeit even_gen = (e for e in range(100000) if e % 2 == 0)
  376 ns ± 2.61 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1,000,000 loops each)
  In [2]: %timeit even_gen = (e for e in range(10000000) if e % 2 == 0)
  382 ns ± 1.63 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1,000,000 loops each)
  In [3]: %timeit even_gen = (e for e in range(1000000000) if e % 2 == 0)
  384 ns ± 2.85 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1,000,000 loops each)
  可以看到随着元素的增加,创建时间基本不变,而且比列表推导式的耗时要低不少。
  使用场景选择
  那么是不是就是说使用中可以用生成器表达式替代列表推导式了呢,也不尽然,因为列表推导式得到的是一个列表,很多便捷操作(如slice等)可以作用到上面,而生成器表达式则不行:
  In [17]: even = [e for e in range(10) if e % 2 == 0]
  In [18]: even[:3]
  Out[18]: [0, 2, 4]
  In [19]: even_gen = (e for e in range(10) if e % 2 == 0)
  In [20]: even_gen[:3]
  ---------------------------------------------------------------------------
  TypeError                                 Traceback (most recent call last)
  Input In [20], in <cell line: 1>()
  ----> 1 even_gen[:3]
  TypeError: 'generator' object is not subscriptable
  而且两者有一个致命的区别:生成器表达式只能迭代一次,而列表推导式可以使用很多次,举例如下:
  In [22]: even_gen = (e for e in range(10) if e % 2 == 0)
  In [23]: for e in even_gen:
      ...:     print(e)
      ...:
  0
  2
  4
  6
  8
  In [24]: for e in even_gen:
      ...:     print(e)
      ...:
  可以看到生成器表达式在第二次迭代的时候,里面已经没有元素了!即第一次迭代已经全部生成出来了,而列表推导式是每次迭代都是有相同的内容:
  In [25]: even = [e for e in range(10) if e % 2 == 0]
  In [26]: for e in even:
      ...:     print(e)
      ...:
  0
  2
  4
  6
  8
  In [27]: for e in even:
      ...:     print(e)
      ...:
  0
  2
  4
  6
  8
  因此总结来说,使用建议如下:
  ·如果要多次迭代时,建议使用列表推导式
  · 如果数组很大或者有无穷个元素,建议使用生成器表达式
  · 其他场景:两者均可,自己看情况使用一个,如果没有速度和方便度的问题即可,如果有问题换另一个再试试。
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