Python中的生成器（Generator）与协程（Coroutine）的区别与联系

生成器和协程都是Python中重要的编程概念，它们都使用yield关键字，但在设计目的和使用方式上有本质区别。

1. 生成器的基本概念
生成器是一种特殊的迭代器，用于按需生成值，节省内存空间。

def simple_generator():
    yield 1
    yield 2
    yield 3

# 使用生成器
gen = simple_generator()
print(next(gen))  # 输出: 1
print(next(gen))  # 输出: 2

2. 生成器的工作方式

• 生成器函数执行到yield时暂停，返回 yield 后面的值
• 下次调用next()时从暂停处继续执行
• 主要用于数据的惰性生成

3. 协程的基本概念
协程是更一般的子程序，可以在多个点暂停和恢复，支持双向数据传递。

def simple_coroutine():
    print("协程启动")
    x = yield  # 可以接收外部发送的值
    print(f"接收到: {x}")

coro = simple_coroutine()
next(coro)  # 启动协程，输出"协程启动"
coro.send(42)  # 发送数据到协程，输出"接收到: 42"

4. 关键区别详解

4.1 数据流方向

• 生成器：单向数据流（生产者→消费者）
• 协程：双向数据流（既可以产出数据，也可以消费数据）

# 生成器示例（单向）
def number_generator(n):
    for i in range(n):
        yield i  # 只产出数据

# 协程示例（双向）
def calculator():
    result = 0
    while True:
        x = yield result  # 既接收数据，也产出数据
        result += x

4.2 yield关键字的使用位置

• 生成器：yield通常作为语句使用
• 协程：yield作为表达式使用，可以接收值

4.3 设计目的

• 生成器：主要用于创建迭代器，处理数据序列
• 协程：用于并发编程，实现协作式多任务

5. 演进关系
Python中的协程是从生成器演进而来：

5.1 初始阶段：生成器只能产出数据

def old_style():
    data = yield  # 语法支持，但设计上仍是生成器

5.2 增强阶段：通过.send()方法实现双向通信

def enhanced_coroutine():
    while True:
        received = yield
        print(f"收到: {received}")

6. 现代协程（async/await）
Python 3.5+引入了原生协程语法，与生成器彻底分离：

import asyncio

# 原生协程
async def native_coroutine():
    await asyncio.sleep(1)
    return "完成"

# 生成器协程（已过时）
@asyncio.coroutine
def generator_coroutine():
    yield from asyncio.sleep(1)
    return "完成"

7. 实际应用场景对比

7.1 生成器的典型应用

# 处理大型文件
def read_large_file(filename):
    with open(filename, 'r') as f:
        for line in f:
            yield line.strip()

# 无限序列
def fibonacci():
    a, b = 0, 1
    while True:
        yield a
        a, b = b, a + b

7.2 协程的典型应用

import asyncio

# 异步IO操作
async def fetch_data(url):
    # 模拟网络请求
    await asyncio.sleep(1)
    return f"数据来自 {url}"

# 并发任务管理
async def main():
    tasks = [
        fetch_data("url1"),
        fetch_data("url2")
    ]
    results = await asyncio.gather(*tasks)
    return results

8. 总结要点

核心区别：

• 生成器：专注于数据的生产，单向通信
• 协程：专注于任务的调度，双向通信

演进路径：
生成器 → 生成器协程 → 原生协程（async/await）

选择标准：

• 需要惰性生成数据序列：使用生成器
• 需要实现并发、异步编程：使用协程
• 需要复杂的任务协调和状态管理：使用协程

理解这个区别有助于在合适的场景选择合适的技术，写出更高效、更易维护的代码。