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JavaScript实现惰性数组的方法

2025-08-26
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08/26

JavaScript 实现惰性数组的方法

什么是惰性数组

惰性数组(Lazy Array)是一种仅在需要时才计算元素的特殊数组结构。与传统数组不同,惰性数组不会预先计算和存储所有元素,而是在访问时按需计算,这对于处理大数据集或计算密集型操作特别有用。

实现惰性数组的基本原理

javascript
class LazyArray {
constructor(generatorFn) {
this.generatorFn = generatorFn;
this.cachedValues = [];
}

get length() {
return Infinity; // 惰性数组通常是无限或非常大的
}

get(index) {
if (index in this.cachedValues) {
return this.cachedValues[index];
}

const value = this.generatorFn(index);
this.cachedValues[index] = value;
return value;

}

Symbol.iterator {
let index = 0;
return {
next: () => ({
value: this.get(index++),
done: false // 对于无限数组永远不结束
})
};
}
}

实际应用示例

1. 无限斐波那契数列

javascript
function createFibonacciLazyArray() {
return new LazyArray(index => {
if (index === 0) return 0;
if (index === 1) return 1;

return this.get(index - 1) + this.get(index - 2);

});
}

const fibArray = createFibonacciLazyArray();
console.log(fibArray.get(10)); // 55

2. 大数据集分页处理

javascript
function createDatabaseLazyArray(queryFn) {
return new LazyArray(async index => {
const pageSize = 20;
const page = Math.floor(index / pageSize);
const offset = index % pageSize;

const data = await queryFn(page, pageSize);
return data[offset];

});
}

性能优化技巧

  1. 记忆化缓存:已计算的元素应该被缓存以避免重复计算
  2. 批量预取:预测未来可能需要的元素并提前计算
  3. 并行计算:对于可并行化的计算,使用Web Worker提高性能

javascript
class OptimizedLazyArray extends LazyArray {
constructor(generatorFn, { batchSize = 10 } = {}) {
super(generatorFn);
this.batchSize = batchSize;
}

prefetch(startIndex) {
const endIndex = startIndex + this.batchSize;
for (let i = startIndex; i < endIndex; i++) {
if (!(i in this.cachedValues)) {
this.get(i); // 触发计算并缓存
}
}
}
}

惰性数组与生成器的对比

虽然JavaScript的生成器函数也能实现类似惰性求值的效果,但惰性数组提供了更丰富的数组操作接口:

javascript
// 生成器方式
function* fibonacciGenerator() {
let [a, b] = [0, 1];
while (true) {
yield a;
[a, b] = [b, a + b];
}
}

// 惰性数组提供了更接近原生数组的API
class LazyArray {
// ...其他方法...

map(fn) {
return new LazyArray(index => fn(this.get(index)));
}

filter(predicate) {
return new LazyArray((index) => {
let current = 0;
let found = 0;

  while (found <= index) {
    const value = this.get(current++);
    if (predicate(value)) {
      found++;
    }
  }

  return this.get(current - 1);
});

}
}

实际应用场景

  1. 无限滚动列表:只渲染视窗内的元素
  2. 复杂计算:如数学序列、图形渲染等
  3. 大数据处理:处理超出内存限制的数据集
  4. 按需加载:网络资源的延迟加载

注意事项

  1. 惰性数组不适合随机访问非常频繁的场景
  2. 对于有限数组,应该实现正确的length属性
  3. 注意内存管理,长时间运行的惰性数组可能会积累大量缓存

高级实现:支持链式操作

javascript
class ChainableLazyArray extends LazyArray {
constructor(generatorFn, parent) {
super(generatorFn);
this.parent = parent;
}

static from(arrayLike) {
if (arrayLike instanceof ChainableLazyArray) {
return arrayLike;
}

return new ChainableLazyArray(index => arrayLike[index]);

}

map(fn) {
return new ChainableLazyArray(index => fn(this.get(index)), this);
}

filter(predicate) {
return new ChainableLazyArray((index) => {
let current = 0;
let found = 0;

  while (found <= index) {
    const value = this.get(current++);
    if (predicate(value)) {
      found++;
    }
  }

  return this.get(current - 1);
}, this);

}

take(n) {
const result = [];
for (let i = 0; i < n; i++) {
result.push(this.get(i));
}
return result;
}
}

浏览器兼容性与替代方案

对于不支持ES6的环境,可以使用闭包实现类似功能:

javascript
function createLazyArray(generatorFn) {
const cached = {};

return {
get: function(index) {
if (cached.hasOwnProperty(index)) {
return cached[index];
}

  const value = generatorFn(index);
  cached[index] = value;
  return value;
}

};
}

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