如何理解clojure的lazy-seq

我正在尝试理解 Clojurelazy-seq运算符，以及惰性求值的一般概念。我知道这个概念背后的基本思想：表达式的求值被延迟，直到需要该值为止。

一般来说，这可以通过两种方式实现：

• 在编译时使用宏或特殊形式；
• 在运行时使用 lambda 函数

通过惰性求值技术，可以构建无限的数据结构，并在使用时进行求值。这些无限序列利用了 lambda、闭包和递归。在 clojure 中，这些无限数据结构是使用生成的lazy-seq and cons forms.

我想了解如何lazy-seq这很神奇吗？我知道这实际上是一个宏。考虑以下示例。

(defn rep [n]
  (lazy-seq (cons n (rep n))))

在这里，rep函数返回类型的延迟计算序列LazySeq，现在可以使用序列 API 对其进行转换和使用（从而进行评估）。该API提供的功能take, map, filter and reduce.

在展开的形式中，我们可以看到如何利用 lambda 来存储单元格的配方，而不立即对其进行评估。

(defn rep [n]
  (new clojure.lang.LazySeq (fn* [] (cons n (rep n))))) 

• But 序列 API 实际如何工作LazySeq?
• 下面的表达式实际发生了什么?

(reduce + (take 3 (map inc (rep 5))))

• 中间操作如何map应用于序列,
• 如何take限制序列 and
• 终端如何操作reduce评估序列?

Also, 这些功能如何与Vector or a LazySeq?

Also, 是否可以生成嵌套的无限数据结构?: 列表包含列表，包含列表，包含列表...无限宽和深，评估为使用序列 API 消耗？

最后一个问题，这之间有什么实际区别吗

(defn rep [n]
  (lazy-seq (cons n (rep n))))

and this?

(defn rep [n]
  (cons n (lazy-seq (rep n))))

这是很多问题！

seq API 实际上如何与 LazySeq 配合使用？

如果你看一下LazySeq https://github.com/clojure/clojure/blob/206d94c9cfb01f981a157142929c9456c547d6ea/src/jvm/clojure/lang/LazySeq.java#L17的类源代码你会注意到它实现了ISeq https://github.com/clojure/clojure/blob/206d94c9cfb01f981a157142929c9456c547d6ea/src/jvm/clojure/lang/ISeq.java接口提供类似的方法first, more and next.

功能类似于map, take and filter是使用构建的lazy-seq（它们产生惰性序列）和first and rest（这又使用more）这就是他们如何使用惰性序列作为输入集合 - 通过使用first and more的实施LazySeq class.

下面的表达式实际上发生了什么？

(reduce + (take 3 (map inc (rep 5))))

关键是看如何LazySeq.first作品。它将调用包装的函数来获取并存储结果。在您的情况下，它将是以下代码：

(cons n (rep n))

因此它将是一个缺点单元格n作为它的值和另一个LazySeq实例（递归调用的结果rep） 就像它一样rest部分。它将成为这个的实现价值LazySeq对象和first将返回缓存的 cons 单元格的值。

你打电话时more在此之上，它将以同样的方式确保特定的价值LazySeq对象被实现（或重用记忆值）并调用more在其上（在本例中more在包含另一个的 cons 单元上LazySeq目的）。

一旦您获得另一个实例LazySeq对象与more当你打电话时，故事会重复first on it.

map and take将创建另一个lazy-seq那会打电话first and more集合的数量作为他们的参数传递（只是另一个惰性序列），所以这将是类似的故事。区别仅在于值如何传递到cons生成（例如调用f到通过以下方式获得的值first调用于LazySeq映射到的值map而不是像这样的原始值n在你的rep功能）。

With reduce它有点简单，因为它会使用loop with first and more迭代输入的惰性序列并应用归约函数来产生最终结果。

因为实际的实现看起来像map and take我鼓励您检查他们的源代码 - 它很容易理解。

seq API 如何处理不同的集合类型（例如惰性 seq 和持久向量）？

正如刚才提到的，map, take和其他功能的工作方式first and rest（提醒 -rest是在之上实现的more）。因此我们需要解释如何first and rest/more可以使用不同的集合类型：它们检查集合是否实现ISeq（然后它直接实现这些功能）或者他们尝试创建一个seq查看收集并整理其实施first and more.

是否可以生成嵌套的无限数据结构？

这绝对是可能的，但我不确定您想要获得的确切数据形状是什么。你的意思是得到一个惰性序列，它生成另一个序列作为它的值（而不是像这样的单个值n在你的rep）但将其作为平面序列返回？

(defn nested-cons [n]
  (lazy-seq (cons (repeat n n) (nested-cons (inc n)))))

(take 3 (nested-cons 1))

;; => ((1) (2 2) (3 3 3))

宁愿返回(1 2 2 3 3 3)?

对于这种情况你可以使用concat代替cons它创建两个或多个序列的惰性序列：

(defn nested-concat [n]
  (lazy-seq (concat (repeat n n) (nested-concat (inc n)))))

(take 6 (nested-concat 1))

;; => (1 2 2 3 3 3)

这有什么实际区别吗

(defn rep [n]
  (lazy-seq (cons n (rep n))))

和这个？

(defn rep [n]
  (cons n (lazy-seq (rep n))))

在这种特殊情况下并非如此。但是，如果 cons 单元格不包装原始值，而是包装计算它的函数调用的结果，则后一种形式并不是完全惰性的。例如：

(defn calculate-sth [n]
  (println "Calculating" n)
  n)

(defn rep1 [n]
  (lazy-seq (cons (calculate-sth n) (rep1 (inc n)))))

(defn rep2 [n]
  (cons (calculate-sth n) (lazy-seq (rep2 (inc n)))))

(take 0 (rep1 1))
;; => ()

(take 0 (rep2 1))
;; Prints: Calculating 1
;; => ()

因此，即使您可能不需要它，后一种形式也会评估其第一个元素。