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序列

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除了集合之外,Kotlin 标准库还包含另一种容器类型: 序列 Sequence<T>

序列提供与 Iterable 相同的函数,但实现另一种方法来进行多步骤集合处理:

操作执行的顺序也不同:

  因此,序列可避免生成中间步骤的结果,从而提高了整个集合处理链的性能

  但是,序列的延迟性质增加了一些开销,这些开销在处理较小的集合或进行更简单的计算时可能很重要

  因此,应该同时考虑使用 Sequence 与 Iterable,并确定在哪种情况更适合

构造

元素

要创建一个序列,请调用 sequenceOf() 函数,列出元素作为其参数:

val numbersSequence = sequenceOf("four", "three", "two", "one")

Iterable

如果已经有一个 Iterable 对象(例如 List 或 Set),则可以通过调用 asSequence() 从而创建一个序列:

val numbers = listOf("one", "two", "three", "four")
val numbersSequence = numbers.asSequence()

函数

创建序列的另一种方法是通过使用计算其元素的函数来构建序列。 要基于函数构建序列,请以该函数作为参数调用 generateSequence()

  • 可以将 第一个元素 指定为 显式值函数调用的结果
  • 当提供的函数 返回 null 时,序列生成 停止
fun main() {
//sampleStart
    val oddNumbers = generateSequence(1) { it + 2 } // `it` 是上一个元素
    println(oddNumbers.take(5).toList())
    //println(oddNumbers.count())     // 错误:此序列是无限的。
//sampleEnd
}
     注意:示例中的序列是无限的

要使用 generateSequence() 创建有限序列,请提供一个函数,该函数在需要的最后一个元素之后返回 null:

fun main() {
//sampleStart
    val oddNumbersLessThan10 = generateSequence(1) { if (it < 10) it + 2 else null }
    println(oddNumbersLessThan10.count())
//sampleEnd
}

组块

有一个函数可以逐个或按任意大小的组块生成序列元素 sequence() 函数。 此函数采用一个 lambda 表达式 ,其中包含 yield()yieldAll() 函数的调用:

  • 将一个元素返回给序列使用者,并暂停 sequence() 的执行,直到使用者请求下一个元素
    • yield() 使用单个元素作为参数
    • yieldAll() 中可以采用 Iterable 对象、Iterable 或其他 Sequence
      • yieldAll() 的 Sequence 参数可以是无限的
      • 当然,这样的调用必须是最后一个,也就是说之后的所有调用都永远不会执行
fun main() {
//sampleStart
    val oddNumbers = sequence {
        yield(1)
        yieldAll(listOf(3, 5))
        yieldAll(generateSequence(7) { it + 2 })
    }
    println(oddNumbers.take(5).toList())
//sampleEnd
}

操作

关于序列操作,根据其状态要求可以分为以下几类:

  • 无状态: 操作不需要状态,并且可以独立处理每个元素

          例如 map() 或 filter()
    
    • 无状态操作还可能需要少量常数个状态来处理元素

      	例如 take() 与 drop()
      
  • 有状态: 操作需要大量状态,通常与序列中 元素的数量 成比例

如果序列操作返回延迟生成的另一个序列,则称为 中间序列 ,否则,该操作为 末端 操作

    末端操作的示例为 toList() 或 sum()

只能通过末端操作才能检索序列元素

    序列可以多次迭代;但是,某些序列实现可能会约束自己仅迭代一次。其文档中特别提到了这一点

示例

通过一个示例来看 Iterable 与 Sequence 之间的区别

Iterable

假定有一个单词列表。下面的代码过滤长于三个字符的单词,并打印前四个单词的长度:

fun main() {    
//sampleStart
    val words = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".split(" ")
    val lengthsList = words.filter { println("filter: $it"); it.length > 3 }
        .map { println("length: ${it.length}"); it.length }
        .take(4)

    println("Lengths of first 4 words longer than 3 chars:")
    println(lengthsList)
//sampleEnd
}

运行此代码时,会看到 filter() 与 map() 函数的执行顺序与代码中出现的顺序相同:

  1. 对于所有元素filter
  2. 对于在过滤之后剩余的元素进行length转换
  3. 最后两行的输出

列表处理如下图:

list-processing.png

Sequence

现在用序列写相同的逻辑:

fun main() {
    //sampleStart
    val words = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".split(" ")
    // 将列表转换为序列
    val wordsSequence = words.asSequence()

    val lengthsSequence = wordsSequence.filter { println("filter: $it"); it.length > 3 }
        .map { println("length: ${it.length}"); it.length }
        .take(4)

    println("Lengths of first 4 words longer than 3 chars")
    // 末端操作:以列表形式获取结果。
    println(lengthsSequence.toList())
    //sampleEnd
}

此代码的输出表明:

  • 仅在构建结果列表时才调用 filter() 与 map() 函数

    	因此,首先看到文本 “Lengths of..” 的行,然后开始进行序列处理
    
  • 对于过滤后剩余的元素,映射在过滤下一个元素之前执行
  • 当结果大小达到 4 时,处理将停止,因为它是 take(4) 可以返回的最大大小

序列处理如下图:

sequence-processing.png

	在此示例中,序列处理需要 18 个步骤,而列表需要 23 个步骤来执行操作
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