ジェネレータ (プログラミング)

ジェネレータは、プログラムにおいて、数列の各要素の値などを次々と生成（ジェネレート）し他の手続きに渡す、という機能を持っている手続きである。値を渡す方法としては、コールバックのようにして他の手続きを呼ぶものもあれば、呼び出される度に次々と異なる値を返す関数であることもある。

「呼び出される度に次々と異なる値を返す関数」である場合は、参照透過ではない。イテレータは、コンテナに含まれる値ひとつひとつに対して走るジェネレータの一種である。ジェネレータの実装としてはコルーチンやcall/ccやマルチスレッドを使う方法が考えられる。また、言語によって詳細が異なるものを「ジェネレータ」と呼んでいる。擬似乱数発生器は、ジェネレータの一例である。

なおyieldというキーワードを使っていればジェネレータ、と取られることもあるが間違いである。

CLU(1975年初出)の歴史を記した "A History of CLU" には、「Iterators were inspired by a construct in Alphard called a "generator"」（(CLUの)イテレータはAlphardのジェネレータと呼ばれる構成要素に影響を受けた）とある^[1]。AlphardのジェネレータはIPL-Vに由来する。IPL-Vにおけるジェネレータは、関数プログラミングにおける代表的な高階関数のひとつであるmap関数に似た働きをするもので、リストの各要素に適用するための手続きと、リストを受け取って、各要素にその手続きを適用したリストを生成する。

他に、Icon・Python^[2]・JavaScript^[3]にジェネレータと呼ばれるものがある（イテレータも参照）。

Pythonでは、関数定義の中にyield文があると、その関数定義は通常の関数を定義するのではなく、一種のコルーチンの記述のようになる。yield文を含む関数は、イテレータと同じインタフェースを持つ呼び出し可能オブジェクトを返す関数になる。ジェネレータの語は、「yield文を含む関数定義により定義された関数」と、それが返す「イテレータと同じインタフェースを持つ呼び出し可能オブジェクト」を、はっきりと区別せずに使われているが、ここでは、前者をジェネレータ、後者をイテレータと呼ぶ。

このイテレータは、ジェネレータの定義中の各yield文の所まで実行した状態を保存するスタックフレームを保持するオブジェクトであると考えることができる。イテレータのnext()が呼び出されると、Pythonは保存されたフレームを復帰し、次のyield文に到達するまで実行する。yield文の実行によりフレームは再び保存され、yieldの引数の値がnext()の呼び出し元に返される。

def countfrom(n):     while True:         yield n         n += 1  # Example use: 10 から 20 までの整数を表示する。  for i in countfrom(10):     if i <= 20:         print i     else:         break  # もう一つのジェネレータ。必要に応じて素数をいくらでも作成する  def primes():     n = 2     p = []     while True:         if not any( n % f == 0 for f in p ):             yield n             p.append( n )         n += 1  >>> f = primes() >>> f.next() 2 >>> f.next() 3 >>> f.next() 5 >>> f.next() 7 

上記の例は Python 2.5 以上か、NumPy モジュールの any() 関数を使用できる環境で動作する。

Schemeでは、単純には遅延評価を利用した実装が考えられる。

;; SRFI 41と言うライブラリを使用(この辺は実装依存) (import streams-primitive) (import streams-derived)  (define (countfrom n)   (let ((str (stream-from n)))     (lambda ()       (let ((head (stream-car str))             (tail (stream-cdr str)))         (set! str tail)         head))))  ;; Example use: 10 から 20 までの整数を表示する。  (call/cc  (lambda (break)    (letrec ((iter              (countfrom 10)))      (let loop ((i (iter)))        (if (<= i 20)           (begin (display i)                 (newline)                 (loop (iter)))           break)))))  ;; 必要に応じて素数をいくらでも作成するジェネレータ  (define (primes)   (letrec ((sieve             (lambda (stream)               (let ((obj (stream-car stream)))                 (stream-cons                  obj                  (sieve (stream-filter                          (lambda (x)                            (not (zero? (remainder x obj))))                          (stream-cdr stream))))))))     (let ((p (sieve (stream-from 2))))       (lambda (message)         (case message           ((next) (let ((head (stream-car p))                         (tail (stream-cdr p)))                     (set! p tail)                     head))           (else 'hoge))))))  > (define f (primes)) > (f 'next) 2 > (f 'next) 3 > (f 'next) 5 > (f 'next) 7 > 

また、Schemeにおいては、継続を使って実装したサンプルがある^[4]。

C#にもyieldキーワードがある。

yieldステートメントを含むブロックを反復子 (iterator) もしくは反復子ブロック (iterator block) と呼ぶ^[5][6]が、これはジェネレータそのものである。

• 反復子メソッドの戻り値にはIEnumerable/IEnumeratorもしくはジェネリック版のIEnumerable<T>/IEnumerator<T>のいずれかを指定する
• yield returnは値を生成する
• yield breakは値の生成を終了する

// startからendまでの整数を生成するジェネレータ static IEnumerable<int> CountTo(int start, int end) {     for (int i = start; i <= end; ++i) {         yield return i;     }     yield break; } // 上記ジェネレータを使用して、10から20までの整数を表示 foreach (int i in CountTo(10, 20)) {     Console.WriteLine(i); }  // 素数を必要なだけ生成するジェネレータ static IEnumerator<long> Primes() {     long n = 2L;     var p = new List<long>();     while (true) {         if (!p.Any(x => n % x == 0)) {             yield return n;             p.Add(n);         }         n++;     } } // 上記ジェネレータを使用して、1000以下の素数を表示 var primes = Primes(); while (primes.MoveNext()) {     if (1000 < primes.Current) { break; }     Console.WriteLine(primes.Current); } 

1. ^ Liskov, Barbara (1992年4月). “A History of CLU” (pdf). 2008年3月8日閲覧。
2. ^ Python Enhancement Proposals PEP 255: Simple Generators, PEP 289: Generator Expressions, PEP 342: Coroutines via Enhanced Generators
3. ^ “New In JavaScript 1.7”. 2006年10月10日閲覧。
4. ^ Kiselyov, Oleg (2004年1月). “General ways to traverse collections in Scheme”. 2008年3月8日閲覧。
5. ^ yield (C# リファレンス)
6. ^ yield (C# リファレンス) | Microsoft Docs

• Stephan Murer, Stephen Omohundro, David Stoutamire and Clemens Szyperski: Iteration abstraction in Sather. ACM Transactions on Programming Languages and Systems, 18(1):1-15 (1996) [1]

この項目は、ソフトウェアに関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（PJ:コンピュータ/P:コンピュータ）。

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