惰性求值
最后更新于：2022-04-01 02:50:59
## 惰性求值
惰性求值（或是延迟求值）是一种有趣的技术，而当我们投入函数式编程的怀抱后这种技术就有了得以实现的可能。前面介绍并发执行的时候已经提到过如下代码：
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String s1 = somewhatLongOperation1();
String s2 = somewhatLongOperation2();
String s3 = concatenate(s1, s2);
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在指令式语言中以上代码执行的顺序是显而易见的。由于每个函数都有可能改动或者依赖于其外部的状态，因此必须顺序执行。先是计算somewhatLongOperation1，然后到somewhatLongOperation2，最后执行concatenate。函数式语言就不一样了。
在前面讨论过，somewhatLongOperation1和somewhatLongOperation2是可以并发执行的，因为函数式语言保证了一点：没有函数会影响或者依赖于全局状态。可是万一我们不想要这两个函数并发执行呢？这种情况下是不是也还是要顺序执行这些函数？答案是否定的。只有到了执行需要s1、s2作为参数的函数的时候，才真正需要执行这两个函数。于是在concatenate这个函数没有执行之前，都没有需要去执行这两个函数：这些函数的执行可以一直推迟到concatenate()中需要用到s1和s2的时候。假如把concatenate换成另外一个函数，这个函数中有条件判断语句而且实际上只会需要两个参数中的其中一个，那么就完全没有必要执行计算另外一个参数的函数了！Haskell语言就是一个支持惰性求值的例子。Haskell不能保证任何语句会顺序执行（甚至完全不会执行到），因为Haskell的代码只有在需要的时候才会被执行到。
除了这些优点，惰性求值也有缺点。这里介绍了它的优点，我们将在下一章节介绍这些缺点以及如何克服它们。
### 代码优化
惰性求值使得代码具备了巨大的优化潜能。支持惰性求值的编译器会像数学家看待代数表达式那样看待函数式程序：抵消相同项从而避免执行无谓的代码，安排代码执行顺序从而实现更高的执行效率甚至是减少错误。在此基础上优化是不会破坏代码正常运行的。严格使用形式系统的基本元素进行编程带来的最大的好处，是可以用数学方法分析处理代码，因为这样的程序是完全符合数学法则的。
### 抽象化控制结构
惰性求值技术提供了更高阶的抽象能力，这提供了实现程序设计独特的方法。比如说下面的控制结构：
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unless(stock.isEuropean()) {
sendToSEC(stock);
}
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程序中只有在stock为European的时候才执行sendToSEC。如何实现例子中的unless？如果没有惰性求值就需要求助于某种形式的宏（译者：用if不行么？），不过在像Haskell这样的语言中就不需要那么麻烦了。直接实现一个unless函数就可以！
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void unless(boolean condition, List code) {
if(!condition)
code;
}
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请注意，如果condition值为真，那就不会计算code。在其他严格语言（见[严格求值](http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B1%82%E5%80%BC%E7%AD%96%E7%95%A5#.E4.B8.A5.E6.A0.BC.E6.B1.82.E5.80.BC_.28Strict_evaluation.29)）中这种行为是做不到的，因为在进入unless这个函数之前，作为参数的code已经被计算过了。
### 无穷数据结构
惰性求值技术允许定义无穷数据结构，这要在严格语言中实现将非常复杂。例如一个储存Fibonacci数列数字的列表。很明显这样一个列表是无法在有限的时间内计算出这个无穷的数列并存储在内存中的。在像Java这样的严格语言中，可以定义一个Fibonacci函数，返回这个序列中的某个数。而在Haskell或是类似的语言中，可以把这个函数进一步抽象化并定义一个Fibonacci数列的无穷列表结构。由于语言本身支持惰性求值，这个列表中只有真正会被用到的数才会被计算出来。这让我们可以把很多问题抽象化，然后在更高的层面上解决它们（比如可以在一个列表处理函数中处理无穷多数据的列表）。
### 不足之处
俗话说天下没有免费的午餐™。惰性求值当然也有其缺点。其中最大的一个就是，嗯，惰性。现实世界中很多问题还是需要严格求值的。比如说下面的例子：
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System.out.println("Please enter your name: ");
System.in.readLine();
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在惰性语言中没人能保证第一行会中第二行之前执行！这也就意味着我们不能处理IO，不能调用系统函数做任何有用的事情（这些函数需要按照顺序执行，因为它们依赖于外部状态），也就是说不能和外界交互了！如果在代码中引入支持顺序执行的代码原语，那么我们就失去了用数学方式分析处理代码的优势（而这也意味着失去了函数式编程的所有优势）。幸运的是我们还不算一无所有。数学家们研究了不同的方法用以保证代码按一定的顺序执行（in a functional setting?）。这一来我们就可以同时利用到函数式和指令式编程的优点了！这些方法有continuations，monads以及uniqueness typing。这篇文章仅仅介绍了continuations，以后再讨论monads和uniqueness typing。有意思的是呢，coutinuations处理强制代码以特定顺序执行之外还有其他很多出处，这些我们在后面也会提及。