对于一组值序列的处理,Scala提供了一些功能强大的抽象。函数式编程鼓励使用包含所有状态的声明式列表,而避免使用变量和可变状态。高阶函数,例如map,flatMap和filter可以很简洁地实现复杂的需求。
例如,假如你在编写一个搜索引擎,并且你的用户需要在一个包含10,0000个HTML文档的数据库里查找关于Scala的第10个文档。在函数式的语言里,你可能会声明一个包含所有文档的列表,然后分别查看每一个文档看看是否是关于Scala,最后获取第10份文档。可能和下面的代码看起来相似:
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documents.filter(isAboutScala)( 9 ) |
这里的问题在于,如果HTML的文档数量有10,000这么多的话,你首先需要一个一个地处理这10,000个文档,来看看它是否是关于Scala的,然后来构建这个过滤了的列表——这仅仅只是为了获取第10个文档。显然这种开销的扩展性不是很好!
一种解决方案是使用Scala的Stream结构,它和列表相似,只不过它会延迟计算下一个元素,仅当需要的时候才会去计算。使用Stream只会进行必要的处理来查找第10份文档 – 而不是对所有的10,000份文档同时进行计算。
要查看Stream的详细介绍,你可以参考《Scala By Example》里的“Computing with Streams”。
那么,Stream究竟是如何起作用的呢?所谓的延迟处理又是怎么定义的呢?深入了解Stream的实现细节,可以发现Scala语言以及构建类库所采纳的一些很好的理念。
构造一个Stream需要使用Stream.cons
和Stream.empty:
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Stream.cons( 3 , Stream.cons( 4 , Stream.empty)) |
乍一看,cons
似乎是Stream对象的一个方法。但是,事实上它是Stream对象的一个内部对象。
Stream.cons
是一个对象,而不是Stream对象的一个方法
查看Scala类库里的Stream.scala,你会发现下面的结果:
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object Stream { object cons { // ... definition of Stream.cons object } // ... rest of Stream } |
这种嵌套对象的方式在Java里也是可行的。不过,Scala里使用apply()
方法(这个我们后面会讨论)意味着嵌套类的cons的方法调用看起来是Stream对象上的方法调用。
语法糖(Syntactic sugar)和apply()方法
回想一下,Scala对象可能会这样定义apply()方法:
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object List { def apply[A](xs: A*): List[A] = xs.toList // ... } |
这就意味着,你可以通过下面的语法来调用List对象创建一个包含1,2和3的列表:
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val usingApply = List.apply( 1 , 2 , 3 ) |
或者使用Scala的语法糖:
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val usingSugar = List( 1 , 2 , 3 ) |
对于我而言,apply()的语法糖和嵌套的单例对象的组合很好的诠释了Scala语言的特点。一个方法调用实际上是对一个内部对象的方法调用,不过语法上却没有区别。终端用户不需要了解你是否在操作类库中的一个类的嵌套内部对象;因为它和标准的函数调用没有区别。
不过,Stream的延迟处理是怎么实现的呢?
Call by name 求值
在看一看Stream.cons的apply方法的签名:
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def apply[A](head : A, tail : => Stream[A]) : Stream[A] |
注意=>
操作符;它表示一个call-by-name求值。这是参数延迟求值的一种形式;tail参数只会在需要使用的时候才会被求值。
这样,Scala就可以允许你毫无顾忌地创建一个开销很大的列表;运行时环境会一个一个地对Stream中的元素进行求值,知道指定的条件达到——并且后面的元素不会被求值。
想了解更多关于Scala的Stream的话,你可以参考这篇文章,它介绍了如何使用Scala解决Euler项目里的问题。
英文原文: Looking at Streams in Scala,翻译:ImportNew - 朱伟杰