Clojure中的cons和conj与lazy-seq有什么区别？

Question

为什么在这个具有lazy-seq的上下文中，cons有效而conj无效？

以下代码有效：

(defn compound-interest [p i]
   (cons p (lazy-seq (compound-interest (* p (+ 1 i)) i))))

这样写会导致堆栈溢出异常：

(defn compound-interest2 [p i]
   (conj (lazy-seq (compound-interest2 (* p (+ 1 i)) i)) p))

- caleb

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对于其他来到这里的人：我的下面答案非常详细（可能太详细），可能会令人困惑。让我再重申一遍主要观点：'conj' 的语义要求根据集合类型变化其行为。这需要在集合对象上使用多态方法调用。'LazySeq' 处理该方法调用通过委托其内部值来实现，而这需要实现该内部值。相反，cons 的语义不要求在集合上调用任何方法；它只需将其存储在 'Cons' 对象的一个字段中。 - Alex D

答案的最后三段尤其有帮助。一些人可能想先阅读它们。 - Mars

Answer 1

(conj collection item) 将 item 添加到 collection 中。为了实现这个过程，它需要先实现 collection。（下面我会解释为什么）所以递归调用会立即发生，而不是被延迟。

(cons item collection) 创建一个序列，该序列以 item 开始，后跟 collection 中的所有内容。重要的是，它不需要 实现 collection。因此，递归调用将被延迟（因为使用了 lazy-seq），直到有人尝试获取结果序列的尾部。

我将解释内部工作原理：

cons 实际上返回一个 clojure.lang.Cons 对象，这就是惰性序列的构成。conj 返回与传入的集合相同类型的集合（无论是列表、向量还是其他任何类型）。conj 使用集合本身的多态 Java 方法调用来实现这一点。（请参见 clojure/src/jvm/clojure/lang/RT.java 的第 524 行。）

当对由lazy-seq返回的clojure.lang.LazySeq对象进行Java方法调用时会发生什么？（如何将Cons和LazySeq对象结合起来形成惰性序列将在下面变得更加清晰。）请查看clojure/src/jvm/clojure/lang/LazySeq.java的第98行。注意它调用了一个名为seq的方法。这就是实现LazySeq的值的过程（跳转到第55行查看详细信息）。

因此，可以说conj需要确切知道您传递给它的集合类型，但cons不需要。 cons只需要“collection”参数是一个ISeq即可。请注意，在Clojure中，Cons对象与其他Lisp中的“cons单元”是不同的——在大多数Lisp中，“cons”只是一个包含指向其他任意对象的2个指针的对象。因此，您可以使用cons单元来构建树等结构。Clojure的Cons将任意的Object作为头部，并将ISeq作为尾部。由于Cons本身实现了ISeq，因此您可以使用Cons对象构建序列，但它们也可以指向向量、列表等。请注意，在Clojure中，“list”是一种特殊类型（PersistentList），不是由Cons对象构建的。clojure.lang.LazySeq也实现了ISeq，因此它可以用作Cons的尾部（Lisps中的“cdr”）。LazySeq持有对某些代码的引用，该代码评估为某种类型的ISeq，但直到需要时才会实际评估该代码，并且在评估代码之后，它缓存返回的ISeq并委托给它。

这一切开始让你有所理解了吗？你明白了惰性序列的工作原理吗？基本上，您从一个LazySeq开始。当实现LazySeq时，它会评估为一个指向另一个LazySeq的Cons。当那个被实现时……你明白了吧。因此，您获得了一系列LazySeq对象，每个对象都持有（并委托给）一个Cons。关于Clojure中的"conses"和"lists"之间的区别，"lists"（PersistentList对象）包含一个缓存的"length"字段，因此它们可以在O(1)时间内响应count。这在其他Lisp中不起作用，因为在大多数Lisp中，"lists"是可变的。但在Clojure中，它们是不可变的，因此缓存长度是有效的。

在Clojure中，Cons对象没有缓存的长度 - 如果它们有缓存的长度，如何将其用于实现惰性（甚至无限）序列呢？如果您尝试获取Cons的count，它只会调用其尾部上的count，然后将结果加1。

- Alex D

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因为 conj 适用于所有 seqs（不仅仅是列表），所以它做出了这样的总体假设：集合必须被实现（如果它是一个向量，那么这是必须的）。理论上，如果集合是一个列表，conj 可能会像 cons 一样工作，对吧？（或者我有什么遗漏吗？） - caleb

如果 conj 只能用于列表，那么你也无法在 LazySeq 上使用它，所以整个问题就变得无关紧要了。基本上，问题归结为：conj 的语义要求它根据集合类型变化其行为。这需要在集合对象上使用（多态）方法调用。LazySeq 通过委托给其内部值来处理该方法调用，这需要实现该内部值。相比之下，cons 的语义不要求在集合上调用任何方法；它只需将其存储在 Cons 的一个字段中即可。 - Alex D

很棒的答案。除此之外，它还回答了另一个问题：如果Clojure已经有PersistentLists，其中包含Cons'es缺少的长度字段，为什么还需要Cons？ - Mars

@Mars，这不是因为缺少长度字段允许惰性评估吗？只是从我读到的答案中得出的结论。 - Rob Grant

"...这样它们可以在O(1)时间内响应（计数）。"---你确定吗？ - 象嘉道