惰性求值—lodash源码解读

lodash源码中惰性求值原理与实现
本文聚焦lodash源码,讲述其性能优异的关键算法——惰性求值。介绍了惰性求值概念,即参数按需计算,程序反向执行。通过对数据集筛选示例,对比一般做法和惰性求值做法,指出一般做法资源浪费问题,着重分析了惰性求值原理。


lodash受欢迎的一个原因,是其优异的计算性能。而其性能能有这么突出的表现,很大部分就来源于其使用的算法——惰性求值。 本文将讲述lodash源码中,惰性求值的原理和实现。

 

一、惰性求值的原理分析

惰性求值(Lazy Evaluation),又译为惰性计算、懒惰求值,也称为传需求调用(call-by-need),是计算机编程中的一个概念,它的目的是要最小化计算机要做的工作。 惰性求值中的参数直到需要时才会进行计算。这种程序实际上是从末尾开始反向执行的。它会判断自己需要返回什么,并继续向后执行来确定要这样做需要哪些值。

以下是How to Speed Up Lo-Dash ×100? Introducing Lazy Evaluation.(如何提升Lo-Dash百倍算力?惰性计算的简介)文中的示例,形象地展示惰性求值。

function priceLt(x) {
   return function(item) { return item.price < x; };
}
var gems = [
   { name: 'Sunstone', price: 4 },
   { name: 'Amethyst', price: 15 },
   { name: 'Prehnite', price: 20},
   { name: 'Sugilite', price: 7  },
   { name: 'Diopside', price: 3 },
   { name: 'Feldspar', price: 13 },
   { name: 'Dioptase', price: 2 },
   { name: 'Sapphire', price: 20 }
];
 
var chosen = _(gems).filter(priceLt(10)).take(3).value();
复制代码

程序的目的,是对数据集gems进行筛选,选出3个price小于10的数据。

1.1 一般的做法

如果抛开lodash这个工具库,让你用普通的方式实现var chosen = _(gems).filter(priceLt(10)).take(3);那么,可以用以下方式:
_(gems)拿到数据集,缓存起来。
再执行filter方法,遍历gems数组(长度为10),取出符合条件的数据:

[
   { name: 'Sunstone', price: 4 },
   { name: 'Sugilite', price: 7  },
   { name: 'Diopside', price: 3 },
   { name: 'Dioptase', price: 2 }
]
复制代码

然后,执行take方法,提取前3个数据。

[
   { name: 'Sunstone', price: 4 },
   { name: 'Sugilite', price: 7  },
   { name: 'Diopside', price: 3 }
]
复制代码

总共遍历的次数为:10+3。 执行的示例图如下:

 

普通计算

 

1.2 惰性求值做法

普通的做法存在一个问题:每个方法各做各的事,没有协调起来浪费了很多资源。
如果能先把要做的事,用小本本记下来

<think>好的,我需要回答用户关于惰性求值的概念及其实现方式的问题,同时结合提供的引用资料。首先,用户想了解惰性求值的定义、应用场景和实现方法。我需要确保回答结构清晰,分点说明,并正确引用资料中的内容。 首先,根据引用[1]、[3]和[4],惰性求值的核心是延迟计算,直到结果被需要。这点要明确在概念部分。然后,应用场景方面,引用[1]提到避免不必要计算、节省内存和处理无限数据,引用[2]提到生成器的例子,引用[3]也提到无限数据结构。实现方式方面,引用[2]中的生成器和引用[4]中的表达式延迟处理都是例子。需要结合这些点来组织内容。 接下来,要确保使用中文,数学公式正确用$...$和$$...$$。例如,在提到表达式时,可能需要展示惰性求值的例子,如使用生成器表达式或者数学公式。比如生成器表达式可以用Python代码块展示,同时引用[2]中的例子。数学公式如果有的话,要正确格式化。 还要生成相关问题,用户要求三个相关问题,需要与惰性求值的优缺点、与其他策略的比较、具体应用相关。例如,可以问惰性求值的优缺点、与及早求值的区别,以及在特定语言中的实现方式。 检查是否有遗漏的引用内容,确保每个引用在回答中有对应的标注。例如,引用[1]和[3]都提到惰性求值的定义,引用[2]和[4]分别讲实现和比较。 最后,确保回答结构符合用户要求,分概念、应用、实现三个部分,每部分使用列表或标题,代码块正确使用,引用标识自然添加。例如,在提到Python生成器时,末尾添加[^2],在提到节省内存时添加[^4]等。 可能需要注意的地方:用户提供的引用中有重复内容,需要整合避免冗余。例如,引用[1]、[3]和[4]都涉及定义,要合并说明,而引用[2]和[4]涉及实现和比较,分开讨论。另外,确保生成的Python代码正确,如生成器函数的示例。 现在开始组织回答,先写概念部分,然后应用场景,再实现方式,最后相关问题。每个部分引用对应的资料,并正确标注。</think>### 惰性求值(Lazy Evaluation)的概念与应用 #### 一、基本概念 **惰性求值**(延迟计算)是一种计算策略,其核心是推迟表达式的求值,直到其结果被实际需要时才执行计算[^1][^3]。例如,在表达式 $f(x) = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n^2}$ 中,若仅需前几项结果,惰性求值可避免计算无限项。 其核心特点包括: 1. **按需计算**:仅在结果被使用时触发计算。 2. **资源优化**:减少不必要的计算和内存占用[^4]。 3. **支持无限数据**:允许定义无限序列(如斐波那契数列)。 --- #### 二、应用场景 1. **避免冗余计算** 当表达式可能被多次调用但结果不变时,惰性求值通过缓存结果(记忆化)提高效率[^1]。例如: ```python # 生成器实现惰性序列(仅在需要时生成值) def fibonacci(): a, b = 0, 1 while True: yield a a, b = b, a + b fib = fibonacci() print(next(fib)) # 输出0(仅计算到第一个值)[^2] ``` 2. **处理大型或无限数据** 惰性求值允许逐步处理数据流,避免一次性加载全部数据。例如,读取大型文件时逐行处理。 3. **优化条件分支** 在逻辑表达式中,若部分分支无需执行(如 `if False and expensive_call()`),惰性求值可跳过冗余计算。 --- #### 三、实现方式 不同编程语言通过以下机制实现惰性求值: 1. **生成器(Generator)** Python 使用 `yield` 关键字定义生成器,按需生成值[^2]。 2. **惰性序列(Lazy List)** Haskell 等函数式语言默认采用惰性求值,支持无限列表操作。 3. **闭包与委托** C# 通过 `Lazy<T>` 类包装延迟计算: ```csharp Lazy<int> lazyValue = new Lazy<int>(() => ExpensiveCalculation()); Console.WriteLine(lazyValue.Value); // 实际调用时计算 ``` 4. **表达式树(Expression Tree)** 某些框架(如 LINQ)将代码转换为可延迟执行的结构。 --- ### 相关问题 1. 惰性求值可能导致哪些潜在问题(如调试困难或副作用延迟)? 2. 如何比较惰性求值与及早求值(Eager Evaluation)的性能差异? 3. 在 Java 中如何通过 Stream API 实现惰性计算? --- 通过结合具体场景与语言特性,惰性求值成为优化程序性能与资源管理的重要工具[^3]。
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