本系列文章一些重要的函数、方法、类我都实现的一遍，你可以在 github(点击此处)中找到代码和测试例子（如果网速过慢我也放了一份在 gitee(点击此处)上，但请勿在gitee上提issue或者留言），欢迎star/fork。
缘起
我们回到介绍高阶函数的一章，我们提到了高阶函数特别是科里化的一个好处便是「提前求值」和「推迟求值」，通过这些操作，我们可以大大优化很多代码。比如，我们使用之前的例子：
def f(x): # x储存了某种我们需要的状态
## 所有可以提前计算的放在这里
z = x ** 2 + x + 1
print('z is {}'.format(z))
def helper(y):
## 所有延迟计算的放在这里
return y * z
return helper我们在调用f(1)的时候，其实就已经事先计算了z的部分，如果我们临时保存这个值，反复调用时就可以节省很大的时间：
>>> g = f(1)
z is 3
>>> g(2) + g(1) # 可以看到这次就不会打印`z is xxxx`的输出了
9也就是说适时的「提前求值」和「推迟求值」都可以帮助我们大大地减少很多运算开销。这就引入我们这一篇要讲的「惰性求值」的概念，惰性求值的概念主要是：调用时才计算，并且只计算一次。
惰性属性与惰性值
我们考虑下面一个例子：
定义一个圆的类，通过圆心和半径来描述，但是当我们知道圆心和半径之后我们能知道很多事，比如：
- 周长(
perimeter) - 面积(
area) - 圆最上面坐标的位置(
upper_point) - 圆心到原点的距离(
distance_from_origin) - ...
这个列表可能非常非常多，而且随着软件功能的增加，这个列表可能还会添加。我们可能有两种方法实现。第一种就是在初始化的时候都给设定为圆的属性：
@dataclass
class CircleInitial:
x: float
y: float
r: float
def __init__(self, x, y, r):
self.x = x
self.y = y
self.r = r
self.perimeter = 2 * r
self.area = r * r * 3.14
self.upper_point = (x, y + r)
self.lower_point = (x, y - r)
self.left_point = (x - r, y)
self.right_point = (x + r, y)
self.distance_from_origin = (x ** 2 + y ** 2) ** (1/2)我们马上可以看出问题：如果这样的属性非常多，而且涉及的计算也非常多的话，那么当我们实例化一个新的对象的时候，耗费的时间将会非常长。然而，大部分的属性，我们可能都不会用到。
于是，就有了第二个方案，把这些实现成一个方法（我们这里仅举例一个area方法）：
@dataclass
class CircleMethod:
x: float
y: float
r: float
def area(self):
print("area calculating...")
return self.r * self.r * 3.14当然，因为这个值是一个「常」量的概念，我们也可以使用property修饰器，这样我们就可以不用带括号地调用它了：
@dataclass
class CircleMethod:
x: float
y: float
r: float
@property
def area(self):
print("area calculating...")
return self.r * self.r * 3.14我故意在其中加入了一行打印代码，我们可以发现，我们每次调用area时，都会被计算一次：
>>> a = CircleMethod(1, 2, 3)
>>> a.area ** 2 + a.area + 1
area calculating...
area calculating...
827.8876000000001这又是另外一种浪费了，于是我们发现，第一种方案适合需要经常被反复调用的属性，第二个方案实现很少被调用的属性。但是，可能我们在维护代码的时候，没法事先预判一个属性是不是经常被调用，而且这也不是一个长久之计。但我们发现我们需要的就是那么一个属性：
- 这个属性不会初始化的时候计算
- 这个属性只在被调用时计算
- 这个属性只会计算一次，后面不会调用
这个就是「惰性求值」的概念，我们也把这种属性叫「惰性属性」。Python没有内置的惰性属性的概念，不过，我们可以很容易从网上找到一个实现（你也可以在我的Python-functional-programming中的lazy_evaluate.py中找到）：
def lazy_property(func):
attr_name = "_lazy_" + func.__name__
@property
def _lazy_property(self):
if not hasattr(self, attr_name):
setattr(self, attr_name, func(self))
return getattr(self, attr_name)
return _lazy_property具体的使用，只是切换一下修饰器property：
@dataclass
class Circle:
x: float
y: float
r: float
@lazy_property
def area(self):
print("area calculating...")
return self.r * self.r * 3.14我们采用和上面一样的调用方式，可以发现，area只计算了一次（只打印了一次）：
>>> b = Circle(1, 2, 3)
>>> b.area ** 2 + b.area + 1
area calculating...
827.8876000000001同样的理由我们也可以实现一个惰性值的概念，不过因为python没有代码块的概念，我们只能用没有参数的函数来实现：
class _LazyValue:
def __setattr__(self, name, value):
if not callable(value) or value.__code__.co_argcount > 0:
raise NotVoidFunctionError("value is not a void function")
super(_LazyValue, self).__setattr__(name, (value, False))
def __getattribute__(self, name: str):
try:
_func, _have_called = super(_LazyValue, self).__getattribute__(name)
if _have_called:
return _func
else:
res = _func()
super(_LazyValue, self).__setattr__(name, (res, True))
return res
except:
raise AttributeError(
"type object 'Lazy' has no attribute '{}'"
.format(name)
)
lazy_val = _LazyValue()具体调用方法如下，如果你要设计一个模块而这个变量不在类中，那么就可以很方便地使用它了：
def f():
print("f compute")
return 12
>>> lazy_val.a = f
>>> lazy_val.a
f compute
12
>>> lazy_val.a
12惰性迭代器/生成器
此外，Python内置了一些惰性的结构主要就是迭代器和生成器，我们可以很方便验证它们只计算/保留一次（这里只验证迭代器）：
>>> a = (i for i in range(5))
>>> list(a)
[0, 1, 2, 3, 4]
>>> list(a)
[]我们可以设计下面两个函数：
def f(x):
print("f")
return x + 1
def g(x):
print("g")
return x + 1然后我们思考下面的结果：
>>> a = (g(i) for i in (f(i) for i in range(5)))
>>> next(a)它可能有两种结果，一个它可能的计算方式是这样的：
>>> temp = [f(i) for i in range(5)]
>>> res = g(temp[0])如果是这种结果，则它会打印出5个f然后再打印出g
另一种可能性则是：
>>> res = (g(f(i)) for i in range(5))则，这样子便只会打印一个f和一个g。如果根据惰性求值的定义，i=1并没有被真实调用，所以它应该不用求值，所以，如果他符合第二个打印情况，则它就是惰性的对象。事实也就真如此。
当然，这个特性已经非常的Fancy了，但是我们基于此可以联想出的一个非常奇妙的引用，因为在迭代器计算中，我们并不是在生成的时候，就计算出了迭代器中的每个值，因此，我们可以用这个方式存储一个无穷系列。通过上面的方式计算后返回结果。一个最简单的例子是内置模块中的itertools.repeat，我们可以生成一个无穷的全为1的线性结构：
from itertools import repeat
repeat_1 = repeat(1)这样，我们就可以用上面的列表表达式来做一些计算再通过next调用了。
res = (g(i) for i in (i * 3 for i in repeat_1))
next(res)我们也将这些线性结构称为「惰性列表」（这里的repeat_1则是一个「无穷惰性列表」的例子），在下面的文章中，我们将详细地用这个方式来完成一些有趣的事情。