C++ 中惰性求值与急切求值的区别

在本文中，我们将讨论 C++ 中惰性求值和急切求值之间的区别。在讨论它们的区别之前，我们必须了解 C++ 中惰性求值和急切求值以及它们的示例。

什么是惰性求值？

惰性求值仅在实际需要表达式的值时才对其进行求值。它通过运行到最后一刻，使应用程序能够潜在地避免不必要的计算并提高效率。

当表达式的值在实际需要之前不被求值时，就称为惰性求值。它可以帮助节省不必要的计算，特别是在不需要评估所有短语的情况下。严格来说，C++ 默认不支持惰性求值，但通过 lambda、std::function 和代理对象等机制仍然完全可能实现。它在处理消耗大量资源的操作或简化条件逻辑时发挥着重要作用。当存在不需要的值时，它会推迟执行，从而允许以短路的方式处理语句，从而在内存上节省成本。

惰性求值的关键特性

C++ 中惰性求值的几个关键特性如下：

• 延迟执行：仅在程序需要结果继续执行时才评估表达式。
• 效率：它可以节省不必要的计算，特别是在适用短路求值的情况下。当表达式的某些部分不需要时。
• 内存使用：通过不计算冗余值，有时有助于减少内存消耗。
• C++ 示例：尽管 C++ 本身不支持惰性求值，但我们可以通过 lambda 表达式、std::function 和特殊构造的代理对象等函数来模拟它。

示例 1

让我们举一个例子来说明 C++ 中的惰性求值。

输出

 
Before evaluation
Expensive computation
42   

示例 2

让我们举一个例子来说明 C++ 中条件逻辑的惰性求值。

输出

 
Short-circuited, second condition not evaluated   

说明

在此示例中，使用了逻辑短路来演示惰性求值。它避免了不必要的处理，因为第一个条件（number == 4）为 false，并且 costlyCheck() 方法未被评估。

示例 3

让我们举一个例子来说明 C++ 中惰性求值的斐波那契数列。

输出

 
First 5 Fibonacci numbers (Lazy Evaluation):
0 1 1 2 3   

什么是急切求值？

当我们遇到一个表达式时，我们会立即对其进行求值。这是 C++ 和大多数其他编程语言的标准求值过程。

当 C++ 程序中出现一个表达式时，它会默认快速评估，这意味着它会立即发生。即使稍后使用结果，这种方法也能确保可预测性，因为所有表达式都已预先计算。急切评估可能会导致无意义的计算和内存损失，即使它使程序流程逻辑更容易理解，如果某些变量从未使用过。它是大多数命令式语言的一个特性，保证了副作用立即发生。它使调试更容易，但在处理复杂逻辑或不需要所有值的数据结构时不太有用。

急切求值的关键特性

C++ 中急切求值的几个关键特性如下：

• 即时执行：表达式一旦进入程序就会被评估。
• 可预测性：因为每个语句都预先评估，所以行为是确定和可预测的。
• 内存使用：计算永远不会使用的数字可能导致计算和内存浪费。
• C++ 说明：由于 C++ 默认使用快速求值，因此编写时表达式和传递给函数的参数会立即进行求值。

示例 1

让我们举一个例子来说明 C++ 中的急切求值。

输出

 
Before evaluation
Expensive computation
42  

示例 2

让我们再举一个例子来说明 C++ 中函数参数的急切求值。

输出

 
Before calling useValue
Computing value...
Using value: 42   

示例 3

让我们举一个例子来说明 C++ 中急切求值的斐波那契数列。

输出

 
First 5 Fibonacci numbers (Eager Evaluation):
0 1 1 2 3   

惰性求值与急切求值的关键区别

C++ 中惰性求值和急切求值之间有几个关键区别。一些主要区别如下：

结论

总之，有两种基本的表达式求值技术，称为急切求值和惰性求值，它们都有各自的优缺点。由于惰性求值仅在真正需要时才计算值，因此在需求过于复杂、数据结构庞大或序列无限的情况下，它可以节省时间和内存。此外，它可以避免不必要的逻辑表达式。尽管如此，它可能会使控制流和调试复杂化。另一方面，急切求值是 C++ 的默认行为，它通过立即评估遇到的表达式来简单且可预测地工作。急切求值在程序设计中所需的思考更少，但可能会创建中间状态并增加内存，即使某些结果将不会被使用。