实现支持惰性求值的无限斐波那契数列生成器

题目

实现支持惰性求值的无限斐波那契数列生成器

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

枚举器（Enumerator）, 惰性求值（Lazy Evaluation）, 块（Block）和 yield

快速回答

实现步骤：

• 使用 Enumerator.new 创建枚举器
• 通过 yield 在循环中逐个生成斐波那契数
• 利用 lazy 方法实现惰性求值
• 结合 take 获取有限结果避免无限循环

问题背景

在 Ruby 中处理无限序列时，直接计算所有值会导致程序崩溃。惰性求值技术允许我们按需生成数据，这对处理大数据流或无限序列至关重要。

核心实现代码

# 创建无限斐波那契数列生成器
def infinite_fibonacci
  Enumerator.new do |yielder|
    a, b = 0, 1
    loop do
      yielder << a
      a, b = b, a + b
    end
  end.lazy
end

# 使用示例：获取前10个斐波那契数
result = infinite_fibonacci.take(10).to_a
puts result.inspect #=> [0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]

原理说明

• 枚举器 (Enumerator)：封装了迭代逻辑的对象，通过 yielder << value 按需生成值
• 惰性求值：.lazy 方法将普通枚举器转为惰性枚举器，使 map/select 等操作延迟执行
• 避免无限循环：take(n) 从惰性枚举器中安全获取有限元素

最佳实践

• 优先使用 Enumerator 而非数组处理潜在无限序列
• 对大数据集使用惰性枚举器减少内存占用
• 复杂操作链式调用示例：
  infinite_fibonacci.select(&:even?).take(5).force

常见错误

• 忘记添加 .lazy 导致立即求值引发无限循环
• 在枚举器外部修改迭代状态（应保持无状态）
• 误用 return 代替 yielder 传递值

扩展知识

• 自定义惰性方法：通过继承 Enumerator::Lazy 实现新惰性操作
• 性能对比：处理 1000 万数据时，惰性枚举器内存占用稳定在 1MB，而数组需要 400MB+
• 应用场景：日志流处理、大数据分页、数学无限序列