深入学习Haskell中的惰性求值和严格求值

惰性求值和严格求值是Haskell中两种不同的求值策略。

在Haskell中，默认采用的是惰性求值（lazy evaluation）。这意味着，当我们定义一个值或表达式时，Haskell不会立即计算它的值，而是等到该值或表达式被真正需要时再进行计算。这种求值策略的好处是它可以推迟计算开销，只计算所需的部分，避免了不必要的计算，提高了程序的性能。

惰性求值可以通过懒惰数据结构（lazy data structures）实现。懒惰数据结构是一种允许部分计算的数据结构，它只在需要时才进行计算。一个典型的例子是无限列表（infinite lists），可以通过递归定义来实现。例如，定义一个无限自然数列表的函数：

nats = [1..]

在这个定义中，列表nats是一个无限列表，它包含了自然数1、2、3...无穷多个。然而，由于惰性求值的特性，我们可以立即使用这个列表的部分内容，而不需要等待整个列表被计算完。比如，我们可以使用take函数来提取这个列表的前n个元素：

take 5 nats  -- [1, 2, 3, 4, 5]

这样，我们只需要计算列表中的前5个元素，而无需计算整个无限列表。

另一方面，严格求值（eager evaluation）是Haskell中的另一种求值策略。与惰性求值不同，严格求值会立即对一个值或表达式进行求值，不论该值或表达式是否被真正需要。这种求值策略的好处是它可以减少计算的开销，在程序执行过程中避免了潜在的资源浪费。

在Haskell中，我们可以使用seq函数来实现严格求值。seq函数接受两个参数，并返回第二个参数的值，但在返回之前会先强制求值第一个参数。例如，定义一个求和函数：

sum :: [Int] -> Int
sum [] = 0
sum (x:xs) = x + sum xs

这个函数使用了递归来计算列表中所有元素的和。然而，由于惰性求值的特性，当我们调用sum函数并使用一个无限列表作为参数时，程序会陷入无限循环中，因为它不断递归地进行求和计算。为了避免这种情况，我们可以使用seq函数来强制对参数求值，确保程序能够终止：

strictSum :: [Int] -> Int
strictSum [] = 0
strictSum (x:xs) = x seq (x + strictSum xs)

在这个版本的求和函数中，我们使用了seq函数来对参数x进行求值，确保它在进行递归之前被计算。

实际上，在Haskell中，我们可以使用严格求值特性来避免一些常见的空间泄漏问题，提高程序的性能。然而，由于惰性求值的优点，我们通常仍然采用惰性求值作为默认的求值策略。

总结起来，惰性求值和严格求值是Haskell中两种不同的求值策略。惰性求值通过推迟计算开销，只计算所需的部分，提高了程序的性能。严格求值通过立即对值或表达式进行求值，避免了潜在的资源浪费。在Haskell中，我们可以使用懒惰数据结构和seq函数来实现惰性求值和严格求值。