在 Python 中，生成器、迭代器、闭包、装饰器、元类、垃圾回收和内建函数是一些重要的概念和功能，它们对于编写高效、灵活的代码非常重要。下面我们逐一详细介绍这些概念及其用法。

1. 生成器（Generator）

生成器是一个函数，它返回一个迭代器，且能在函数中多次返回值而不丢失状态。生成器通过 yield 关键字来生成值，而不是像普通函数那样通过 return 返回。生成器的特点是懒加载（即按需生成数据）和节省内存。

示例：生成器

def count_up_to(max):count = 1while count <= max:yield count  # 使用 yield 返回一个值count += 1gen = count_up_to(5)
for num in gen:print(num)  # 输出 1 2 3 4 5

生成器每次调用 yield 时会暂停，并记住当前的状态，直到下次迭代时恢复。

2. 迭代器（Iterator）

迭代器是一个实现了 __iter__() 和 __next__() 方法的对象。可以通过 for 循环或 next() 函数来获取序列中的下一个元素。当序列没有元素时，抛出 StopIteration 异常。

示例：自定义迭代器

class MyIterator:def __init__(self, start, end):self.current = startself.end = enddef __iter__(self):return selfdef __next__(self):if self.current > self.end:raise StopIterationself.current += 1return self.current - 1it = MyIterator(1, 5)
for num in it:print(num)  # 输出 1 2 3 4 5

3. 闭包（Closure）

闭包是指一个函数能够记住并访问其定义时的外部作用域中的变量，即使这个函数在外部作用域外部被调用。闭包可以用于函数工厂等场景。

示例：闭包

def outer(x):def inner(y):return x + y  # inner 函数引用了外部函数 outer 的变量 xreturn inneradd_5 = outer(5)  # 生成一个闭包
print(add_5(10))  # 输出 15

在这个例子中，inner 是一个闭包，它记住了 outer 函数中的变量 x，即使 outer 函数已经执行完毕。

4. 装饰器（Decorator）

装饰器是一种用于在运行时动态地修改函数或方法行为的机制。装饰器是高阶函数，接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。它常常用于日志记录、性能计时、权限控制等场景。

示例：装饰器

def decorator(func):def wrapper():print("函数执行前")func()print("函数执行后")return wrapper@decorator
def say_hello():print("Hello!")say_hello()  # 输出：
# 函数执行前
# Hello!
# 函数执行后

@decorator 是装饰器的语法糖，它会将 say_hello 函数传递给 decorator 函数，并用 wrapper 替换原函数。

5. 元类（Metaclass）

元类是用于创建类的类。每个类都是某个元类的实例。通过元类可以控制类的创建过程、修改类的属性和方法等。

示例：自定义元类

class MyMeta(type):def __new__(cls, name, bases, dct):# 修改类的属性或方法dct['greeting'] = 'Hello, world!'return super().__new__(cls, name, bases, dct)class MyClass(metaclass=MyMeta):passprint(MyClass.greeting)  # 输出 Hello, world!

在这个例子中，MyMeta 是一个元类，它在类 MyClass 被创建时添加了一个新的属性 greeting。

6. 垃圾回收（Garbage Collection）

Python 中使用引用计数和垃圾回收机制来管理内存。当一个对象的引用计数降为 0 时，Python 会自动回收该对象的内存。Python 使用了 标记清除 和 分代回收 的垃圾回收机制。通常，Python 用户无需手动释放内存，但可以通过 gc 模块控制和查看垃圾回收的过程。

示例：手动触发垃圾回收

import gcgc.collect()  # 手动触发垃圾回收

7. 内建函数（Built-in Functions）

Python 提供了许多内建函数，这些函数可以直接使用，无需导入模块。常用的内建函数包括 len(), type(), range(), sum(), sorted(), map(), filter() 等。

示例：常见内建函数

# len() 返回对象的长度
print(len([1, 2, 3]))  # 输出 3# type() 获取对象的类型
print(type(42))  # 输出 <class 'int'># range() 生成一个整数序列
for i in range(5):print(i)  # 输出 0 1 2 3 4# sum() 求和
print(sum([1, 2, 3]))  # 输出 6# sorted() 排序
print(sorted([3, 1, 2]))  # 输出 [1, 2, 3]# map() 应用函数到每个元素
result = map(lambda x: x * 2, [1, 2, 3])
print(list(result))  # 输出 [2, 4, 6]# filter() 过滤符合条件的元素
result = filter(lambda x: x > 2, [1, 2, 3])
print(list(result))  # 输出 [3]

总结

• 生成器：使用 yield 返回一个惰性计算的迭代器，节省内存。
• 迭代器：实现了 __iter__ 和 __next__ 方法的对象，支持遍历。
• 闭包：函数可以记住并访问其定义时的外部变量。
• 装饰器：用于动态修改函数或方法行为的函数。
• 元类：用于创建类的类，可以修改类的创建过程。
• 垃圾回收：Python 使用自动垃圾回收机制管理内存，用户无需手动管理对象的内存。
• 内建函数：Python 提供了多种内建函数来处理常见的任务，如计算长度、排序、映射等。