F#初学笔记08

惰性求值

惰性求值也叫按需调用，是一个演算策略，延迟一个表达式的演算，直到需要用到演算值的时候再演算，同时也避免了重复演算。

惰性求值的好处包括：

避免不必要的计算，提升性能。

可以构造以构造一个无限的数据结构

可以定义控制流的抽象类。

惰性求值由于仅仅在需要的时候才求值，所以它可以缩小内存的访问范围。但是惰性求值处理异常，输入输出的时候却有困难，因为代码操作的顺序无法得知，惰性求值可能引起内存泄漏。

惰性求值和函数式编程关系密切。如果没有语言中没有副作用，编译器或可以自由的选择表达式的演算顺序。F#允许函数有副作用，所以在函数演算时，编译器不可能自由选择，因此，可以说F#有严格的演算顺序，是一个严格的语言。你仍然可以利用惰性求值，但是必选显式表面哪些计算可以延迟，也就是哪些按照惰性的方法来演算。

惰性求值的相对的就是及早求值（Eager evaluation），也称严格求值。

使用关键字lazy来延时计算，延迟计算的表达式一直不演算，直到显式的对其使用force函数。当force函数用于由于惰性表达式，值就马上计算，结果会被缓存起来。后面再调用force函数，则返回这个缓存值，即使可能引起异常。

下面的代码演示了惰性求值。

let lazyValue = lazy ( 2 + 2 )
let actualValue = Lazy.force lazyValue
printfn "%i" actualValue

第一行延迟计算了一个简单表达式，下一行强制计算，最终，打印出值。

这个值被缓存了，所以这个值仅在第一次强制惰性求值的时候计算，这很容易演示，如下：

let lazySideEffect =lazy(   let temp = 2 + 2printfn "%i" temptemp )
printfn "Force value the first time: "
let actualValue1 = Lazy.force lazySideEffect
printfn "Force value the second time: "
let actualValue2 = Lazy.force lazySideEffect

上例中，强制计算2次值，但是此副作用值发生一次。运行结果如下：

惰性求值在操作集合的时候很有用，惰性集合的概念就是集合中的元素仅在需要的时候才计算。一些集合类型也会缓存计算结果，所以也不需要重复计算元素。

注意，此处用 Lazy.force因为作者可能使用的OCaml，在F#从 OCaml 风格转到C#风格之前。现在用x.Value 或者x.Force()替代。由于某些原因F#现在在PowerPack中。F# PowerPack是由微软的F#团队提供的编译器和核心库。http://fsharppowerpack.codeplex.com/

创建惰性集合，最重要也是最难的可能要数unfold。此函数允许你建立惰性List。难点在于你必须提供一个函数，此函数用于重复计算以提供元素。这个传递给Seq.unfold的函数可以接受任何类型的参数，并且必须返回一个option类型。option类型是一个union类型，可以是None或者Some(x)，x是任何类型的值。None代表list的结束。Some 结构必须包含一个元组。第一个元素是list中的第一个值，第二个值是下一次调用的时候要传给函数的值。你可以认为这个值是一个累加器。

看一个例子就明白，标识符lazyList，如果传递给函数的值小于13，追加到list，然后把值加1传递给list。这个值将是下一次调用的时候传递给函数的。如果这个值大于等于12，返回None，终结这个list。

// the lazy list definition
let lazyList =Seq.unfold(fun x ->if x < 13 then// if smaller than the limit return// the current and next valueSome(x, x + 1)else// if great than the limit// terminate the sequenceNone)10
// print the results
printfn "%A" lazyList

结果就是 10，11，12

Sequences用来表示list，如果内存无限多，那么也就可以有无限多元素。下面的例子演示创建一个Fibonacci数列。由于使用了bigint，不受32-bit整型限制，可以计算更多的数字。为了演示方便，使用函数 Seq.take返回前20个元素到F#的list中。

// create an infinite list of Fibonacci numbers
let fibs =Seq.unfold(fun (n0, n1) ->Some(n0, (n1, n0 + n1)))(1I,1I)
// take the first twenty items from the list
let first20 = Seq.take 20 fibs
// print the finite list
printfn "%A" first20