تذاكر الطائرة

generator هو دالة أو تعبير يُرجع نوعًا خاصًا من المكرِّرات يُسمى generator iterator. Generator-iterators هي مكرِّرات كسولة: فهي لا تخزّن values في الذاكرة، بل تولّد قيمها عند الحاجة.

دالة المولِّد تبدو كأي دالة أخرى، لكنها تحتوي على تعبير yield واحد أو أكثر. كل yield سيُعلّق تنفيذ الكود، مع حفظ حالة التنفيذ الحالية (بما في ذلك جميع المتغيرات المحلية وعبارات try). وعندما يستأنف المولِّد عمله، يستكمل الحالة من نقطة التعليق، بخلاف الدوال العادية التي تُعاد تهيئتها مع كل استدعاء.

إنشاء مولِّد

تُبنى المولِّدات على نحو يشبه كثيرًا الدوال الأخرى ذات الحلقات أو الدوال التي تستدعي نفسها، لكنها تحتاج إلى تعبير yield، وسنتعمّق في شرحه بعد قليل.

مثال على ذلك دالة تُرجع مربّعات الأعداد الواردة في قائمة معطاة. بالصيغة المكتوبة حاليًا، يجب معالجة كل المدخلات قبل أن يمكن إرجاع أي قيمة:

>>> def squares(list_of_numbers):
...     squares = []
...     for number in list_of_numbers:
...         squares.append(number ** 2)
...     return squares

يمكنك تحويل تلك الدالة إلى مولِّد هكذا:

>>> def squares_generator(list_of_numbers):
...     for number in list_of_numbers:
...         yield number ** 2

السبب في ذلك هو أنك تستخدم مولِّدًا عندما لا تحتاج إلى إنتاج كل القيم دفعة واحدة. فهذا يوفّر الذاكرة وقوة المعالجة، لأن القيمة الوحيدة التي تعمل عليها حاليًا هي التي تُحسب.

استخدام المولِّد

يمكن استخدام المولِّدات بدلًا من معظم iterables في Python. ويشمل ذلك الدوال أو الكائنات التي تتطلب iterable/iterator كوسيط.

لاستخدام مولِّد squares_generator():

>>> squared_numbers = squares_generator([1, 2, 3, 4])

>>> for square in squared_numbers:
...     print(square)
...
1
4
9
16

يمكن أيضًا إنتاج القيم داخل generator أو الوصول إليها عبر الدالة next(). تستدعي next() الطريقة __next__() في كائن المولِّد المكرِّر، فتقوم «بتقديم» الكود أو تقييمه حتى تعبير yield الخاص به، الذي «يولّد» أو يُرجع قيمة عندئذ:

>>> squared_numbers = squares_generator([1, 2])

>>> next(squared_numbers)
1
>>> next(squared_numbers)
4

عندما يُستهلك generator-iterator بالكامل ولا تبقى لديه قيم يُرجعها، فإنه يطلق خطأ StopIteration.

>>> next(squared_numbers)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

تعبير yield

يشبه تعبير yield كثيرًا تعبير return. و_بخلاف_ تعبير return، فإن yield يسلّم القيم إلى المستدعي عند نقطة محددة، فيُعلّق تقييم أو إرجاع أي قيم إضافية حتى تُطلب. وعند تقييم yield، فإنه يوقف تنفيذ الدالة الحاوية ويُرجع أية قيم للدالة عند تلك اللحظة. ثم تبقى الدالة في النطاق، وعند استدعاء __next__() يستأنف التنفيذ حتى يُصادف yield مرة أخرى.

>>> def infinite_sequence():
...     current_number = 0
...     while True:
...         yield current_number
...         current_number += 1

>>> lets_try = infinite_sequence()
>>> lets_try.__next__()
0
>>> lets_try.__next__()
1

لماذا ننشئ مولِّدًا؟

المولِّدات مفيدة في كثير من التطبيقات.

عند التعامل مع مجموعة قيم قد تكون كبيرة، قد لا ترغب في وضعها كلها في الذاكرة. ويمكن استخدام المولِّد لمعالجة بيانات أكبر قطعة قطعة، مما يوفّر الذاكرة ويحسّن الأداء.

تكون المولِّدات مفيدة أيضًا عندما تكون العملية أو الحساب معقدًا أو مكلفًا أو لانهائيًا:

>>> def infinite_sequence():
...     current_number = 0
...     while True:
...         yield current_number
...         current_number += 1

الآن، كلما استُدعيت __next__() على كائن infinite_sequence، فستُرجع العدد السابق + 1.