Python:生成器对象的扩展接口

在 Python 中，生成器对象在迭代语义中只是一个普通的迭代器，解释器只通过 __iter__ 与 __next__ 推进它的执行。但与此同时，生成器对象具备一些额外的扩展接口，用于对其执行过程进行显式控制。这些接口包括：send()、throw() 与 close()。它们的共同特点是：解释器在迭代语境中不会自动调用它们，它们只服务于用户对执行过程的主动干预。

一、生成器对象的扩展接口不属于迭代协议

在讨论具体接口之前，必须先明确一个边界事实：生成器对象之所以能被 for、next() 等机制驱动，完全是因为它实现了迭代协议。扩展接口的存在与否，不会影响协议是否成立。

也就是说，解释器在任何迭代语义中，都不会检查生成器对象是否具有 send、throw 或 close。

比如：

def gen():    yield 1    yield 2g = gen()# for 循环只会调用 __iter__ 和 __next__for x in g:    print(x)    # 1 2 

在整个过程中，解释器既不知道、也不关心生成器是否支持 send() 或 throw()。

二、send(value)：向暂停点注入值

send(value) 用于恢复生成器的执行，并将 value 作为上一次暂停处 yield 表达式的结果。

这一接口成立的前提是：生成器必须已经执行到至少一个 yield，从而形成一个可恢复的暂停点。

示例：yield 作为表达式接收外部值

def gen():    x = yield 1        # 第一次暂停点    yield x            # 使用 send 传入的值g = gen()next(g)               # 产出 1，执行帧被冻结在 yield 1print(g.send("hi"))   # "hi"，作为 yield 1 表达式的结果赋给 x

这里的关键不在于“生成器能通信”，而在于 yield 暂停的执行帧，在恢复时可以接收一个外部提供的值。

一个常见误解是认为 send() 是“next 的增强版”。事实上，send() 的使用受到严格的执行状态约束。

在生成器尚未启动之前，没有执行帧、没有暂停点，也不存在可接收值的 yield 表达式。

因此，首次恢复只能使用 next() 或 send(None)。

示例：未启动生成器时不能直接 send

def gen():    x = yield 1    yield xg = gen()# g.send("hi")         # TypeError：执行帧尚未建立next(g)                # 正确启动生成器g.send("hi")           # 合法

这一限制不是语法规则，而是执行模型的直接结果。

三、throw(exc)：向执行帧内部注入异常

throw(exc) 用于在生成器当前暂停点，向其执行帧内部抛出一个异常，就好像该异常是在生成器内部发生的一样。

生成器可以选择捕获该异常，或者让其向外传播。

示例：生成器内部捕获外部注入的异常

def gen():    try:        yield 1    except ValueError:        yield "handled"g = gen()print(next(g))               # 1print(g.throw(ValueError))   # "handled"

从执行语义上看，throw() 所做的只是恢复执行帧，并在恢复点立刻触发一次异常。

对尚未启动的生成器调用 throw() 时，由于尚不存在可注入的暂停点，异常通常会直接向外传播。要让异常在生成器内部被捕获，必须先 next() / send(None) 将其推进到一个暂停点。

如果通过 throw() 注入的异常在生成器内部未被捕获，那么该异常会终止生成器的执行，并向外传播。

示例：异常导致生成器终止

def gen():    yield 1g = gen()next(g)g.throw(RuntimeError)     # RuntimeError 向外抛出，生成器终止

这与普通函数中未捕获异常的行为完全一致，体现了生成器执行模型与普通函数的一致性。

四、close()：请求终止执行过程

close() 用于显式请求生成器结束执行，其效果是：向执行帧注入终止信号，使其进入关闭流程。若后续再推进将直接触发 StopIteration。

示例：主动关闭生成器

def gen():    yield 1    yield 2g = gen()print(next(g))    # 1g.close()next(g)           # StopIteration

close() 并不是“清空生成器”，而是请求当前执行过程自行结束，并使其进入不可再推进的终止态。

在生成器内部，close() 的语义等价于抛出 GeneratorExit 异常。

该异常的特殊之处在于：生成器在响应关闭请求时，不允许再产出值。

示例：在 GeneratorExit 中继续 yield 是非法的

def gen():    try:        yield 1    except GeneratorExit:        yield 2    # 运行时错误：关闭阶段不允许继续产出

这一限制明确传达了设计意图：关闭是终止信号，而不是一次普通的异常处理分支。

五、生成器扩展接口的应用示例

当生成器不再只是“被动产出值”，而需要与外部形成“可控的执行协作”时，生成器对象的扩展接口就可真正发挥价值。

也就是说，当执行过程本身成为交互对象，而不仅是数据来源时，扩展接口才具有不可替代的意义。

示例：可中断、可反馈的任务执行器

def task():    try:        # 第一步：准备阶段        result = yield "prepare"        # 第二步：根据外部反馈决定是否继续        if not result:            yield "aborted"            return        # 第三步：正式执行        yield "running"        # 第四步：执行完成        yield "done"    except RuntimeError:        # 外部强制中断        yield "error"

使用方：

t = task()# 启动任务print(next(t))          # "prepare"# 外部反馈：准备成功print(t.send(True))     # "running"# 外部注入异常，强制改道执行流print(t.throw(RuntimeError))  # "error"# "error" 是最后一次 yield；从该暂停点继续执行将直接结束next(t)    # StopIteration

说明：

1、next()：用于建立执行帧并进入第一个暂停点，这是生成器的启动步骤。

2、send(value)：用于将外部状态注入执行过程，使生成器的执行路径能够根据外部反馈发生变化。

3、throw(exc)：用于将异常语义直接注入生成器内部，使其以“自身异常”的方式改变执行流。

4、close()（此处未显式调用）：在任务被彻底放弃时，可用于立即终止执行并释放执行帧。

需要注意的是，整个过程中，解释器并未参与任何决策，所有控制都发生在用户代码、生成器对象、执行帧之间。

这个示例揭示了一个关键设计事实：生成器扩展接口并不是为了“增强迭代”，而是为了让“执行过程本身”成为可被操控的对象。

在这种模型下，生成器不再只是“数据的生产者”，而是一个协作式执行单元；外部代码不再只是消费者，而是参与者。

📘 小结

生成器对象在迭代协议之外，额外提供了 send()、throw() 与 close() 等扩展接口，用于对其可暂停执行过程进行显式控制。这些接口并不属于解释器在任何语法语境下自动启用的语言级协议，解释器在迭代语义中也不会主动使用它们。它们的存在并非为了扩展迭代规则，而是为了在保持协议最小化的前提下，为“执行过程对象化”这一设计提供更高层次的运行期控制能力。