stream.js：一個新的JavaScript數據結構
stream.js 是一個很小、完全獨立的Javascript類庫，它為你提供了一個新的Javascript數據結構：streams.
- <script src='stream-min.js'></script>
51CTO推薦專題：JavaScript入門
streams是什么?
Streams 是一個操作簡單的數據結構，很像數組或鏈接表，但附加了一些非凡的能力。
它們有什么特別之處?
跟數組不一樣，streams是一個有魔法的數據結構。它可以裝載無窮多的元素。是的，你沒聽錯。他的這種魔力來自于具有延后(lazily)執行的能力。這簡單的術語完全能表明它們可以加載無窮多的元素。
入門
如果你愿意花10分鐘的時間來閱讀這篇文章，你對編程的認識有可能會被完全的改變(除非你有函數式編程的經驗!)。請稍有耐心，讓我來先介紹一下streams支持的跟數組或鏈接表很類似的基本功能操作。然后我會像你介紹一些它具有的非常有趣的特性。
Stream 是一種容器。它能容納元素。你可以使用 Stream.make 來讓一個stream加載一些元素。只需要把想要的元素當成參數傳進去：
- var s = Stream.make( 10, 20, 30 ); // s is now a stream containing 10, 20, and 30
足夠簡單吧，現在 s 是一個擁有3個元素的stream： 10, 20, and 30; 有順序的。我們可以使用s.length() 來查看這個stream的長度，用 s.item( i ) 通過索引取出里面的某個元素。你還可以通過調用 s.head() 來獲得這個stream 的第一個元素。讓我們實際操作一下：
- var s = Stream.make( 10, 20, 30 );
- console.log( s.length() ); // outputs 3
- console.log( s.head() ); // outputs 10
- console.log( s.item( 0 ) ); // exactly equivalent to the line above
- console.log( s.item( 1 ) ); // outputs 20
- console.log( s.item( 2 ) ); // outputs 30
本頁面已經加載了這個 stream.js 類庫。如果你想運行這些例子或自己寫幾句，打開你的瀏覽器的Javascript控制臺直接運行就行了。
我們繼續，我們也可以使用 new Stream() 或 直接使用 Stream.make() 來構造一個空的stream。你可以使用 s.tail() 方法來獲取stream里除了頭個元素外的余下所有元素。如果你在一個空stream上調用 s.head() 或 s.tail() 方法，會拋出一個異常。你可以使用 s.empty() 來檢查一個stream是否為空，它返回 true 或 false。
- var s = Stream.make( 10, 20, 30 );
- var t = s.tail(); // returns the stream that contains two items: 20 and 30
- console.log( t.head() ); // outputs 20
- var u = t.tail(); // returns the stream that contains one item: 30
- console.log( u.head() ); // outputs 30
- var v = u.tail(); // returns the empty stream
- console.log( v.empty() ); // prints true
這樣做可以打印出一個stream里的所有元素：
- var s = Stream.make( 10, 20, 30 );
- while ( !s.empty() ) {
- console.log( s.head() );
- s = s.tail();
- }
我們有個簡單的方法來實現這個： s.print() 將會打印出stream里的所有元素。
用它們還能做什么?
另一個簡便的功能是 Stream.range( min, max ) 函數。它會返回一個包含有從 min 到 max 的自然數的stream。
- var s = Stream.range( 10, 20 );
- s.print(); // prints the numbers from 10 to 20
在這個stream上，你可以使用 map, filter, 和 walk 等功能。 s.map( f ) 接受一個參數 f，它是一個函數， stream里的所有元素都將會被f處理一遍;它的返回值是經過這個函數處理過的stream。所以，舉個例子，你可以用它來完成讓你的 stream 里的數字翻倍的功能：
- function doubleNumber( x ) {
- return 2 * x;
- }
- var numbers = Stream.range( 10, 15 );
- numbers.print(); // prints 10, 11, 12, 13, 14, 15
- var doubles = numbers.map( doubleNumber );
- doubles.print(); // prints 20, 22, 24, 26, 28, 30
很酷，不是嗎?相似的， s.filter( f ) 也接受一個參數f，是一個函數，stream里的所有元素都將經過這個函數處理;它的返回值也是個stream，但只包含能讓f函數返回true的元素。所以，你可以用它來過濾到你的stream里某些特定的元素。讓我們來用這個方法在之前的stream基礎上構建一個只包含奇數的新stream：
- function checkIfOdd( x ) {
- if ( x % 2 == 0 ) {
- // even number
- return false;
- }
- else {
- // odd number
- return true;
- }
- }
- var numbers = Stream.range( 10, 15 );
- numbers.print(); // prints 10, 11, 12, 13, 14, 15
- var onlyOdds = numbers.filter( checkIfOdd );
- onlyOdds.print(); // prints 11, 13, 15
很有效，不是嗎?最后的一個s.walk( f )方法，也是接受一個參數f，是一個函數，stream里的所有元素都要經過這個函數處理，但它并不會對這個stream做任何的影響。我們打印stream里所有元素的想法有了新的實現方法：
- function printItem( x ) {
- console.log( 'The element is: ' + x );
- }
- var numbers = Stream.range( 10, 12 );
- // prints:
- // The element is: 10
- // The element is: 11
- // The element is: 12
- numbers.walk( printItem );
還有一個很有用的函數： s.take( n )，它返回的stream只包含原始stream里第前n個元素。當用來截取stream時，這很有用：
- var numbers = Stream.range( 10, 100 ); // numbers 10...100
- var fewerNumbers = numbers.take( 10 ); // numbers 10...19
- fewerNumbers.print();
另外一些有用的東西：s.scale( factor ) 會用factor(因子)乘以stream里的所有元素; s.add( t ) 會讓 stream s 每個元素和stream t里對應的元素相加，返回的是相加后的結果。讓我們來看幾個例子：
- var numbers = Stream.range( 1, 3 );
- var multiplesOfTen = numbers.scale( 10 );
- multiplesOfTen.print(); // prints 10, 20, 30
- numbers.add( multiplesOfTen ).print(); // prints 11, 22, 33
盡管我們目前看到的都是對數字進行操作，但stream里可以裝載任何的東西：字符串，布爾值，函數，對象;甚至其它的數組或stream。然而，請注意一定，stream里不能裝載一些特殊的值：null 和 undefined。
想我展示你的魔力!
現在，讓我們來處理無窮多。你不需要往stream添加無窮多的元素。例如，在 Stream.range( low, high )這個方法中，你可以忽略掉它的第二個參數，寫成 Stream.range( low )， 這種情況下，數據沒有了上限，于是這個stream里就裝載了所有從 low 到無窮大的自然數。你也可以把low參數也忽略掉，這個參數的缺省值是 1。這種情況中， Stream.range()返回的是所有的自然數。
這需要用上你無窮多的內存/時間/處理能力嗎?
不，不會。這是最精彩的部分。你可以運行這些代碼，它們跑的非?？?，就像一個普通的數組。下面是一個打印從 1 到 10 的例子：
- var naturalNumbers = Stream.range(); // returns the stream containing all natural numbers from 1 and up
- var oneToTen = naturalNumbers.take( 10 ); // returns the stream containing the numbers 1...10
- oneToTen.print();
你在騙人
是的，我在騙人。關鍵是你可以把這些結構想成無窮大，這就引入了一種新的編程范式，一種致力于簡潔的代碼，讓你的代碼比通常 的命令式編程更容易理解、更貼近自然數學的編程范式。這個Javascript類庫本身就很短小;它是按照這種編程范式設計出來的。讓我們來多用一用它; 我們構造兩個stream，分別裝載所有的奇數和所有的偶數。
- var naturalNumbers = Stream.range(); // naturalNumbers is now 1, 2, 3, ...
- var evenNumbers = naturalNumbers.map( function ( x ) {
- return 2 * x;
- } ); // evenNumbers is now 2, 4, 6, ...
- var oddNumbers = naturalNumbers.filter( function ( x ) {
- return x % 2 != 0;
- } ); // oddNumbers is now 1, 3, 5, ...
- evenNumbers.take( 3 ).print(); // prints 2, 4, 6
- oddNumbers.take( 3 ).print(); // prints 1, 3, 5
很酷，不是嗎?我沒說大話，stream比數組的功能更強大?，F在，請容忍我幾分鐘，讓我來多介紹一點關于stream的事情。你可以使用 new Stream() 來創建一個空的stream，用 new Stream( head, functionReturningTail ) 來創建一個非空的stream。對于這個非空的stream，你傳入的第一個參數成為這個stream的頭元素，而第二個參數是一個函數，它返回stream的尾部(一個包含有余下所有元素的stream)，很可能是一個空的stream。困惑嗎?讓我們來看一個例子：
- var s = new Stream( 10, function () {
- return new Stream();
- } );
- // the head of the s stream is 10; the tail of the s stream is the empty stream
- s.print(); // prints 10
- var t = new Stream( 10, function () {
- return new Stream( 20, function () {
- return new Stream( 30, function () {
- return new Stream();
- } );
- } );
- } );
- // the head of the t stream is 10; its tail has a head which is 20 and a tail which
- // has a head which is 30 and a tail which is the empty stream.
- t.print(); // prints 10, 20, 30
沒事找事嗎?直接用Stream.make( 10, 20, 30 )就可以做這個。但是，請注意，這種方式我們可以輕松的構建我們的無窮大stream。讓我們來做一個能夠無窮無盡的stream：
- function ones() {
- return new Stream(
- // the first element of the stream of ones is 1...
- 1,
- // and the rest of the elements of this stream are given by calling the function ones() (this same function!)
- ones
- );
- }
- var s = ones(); // now s contains 1, 1, 1, 1, ...
- s.take( 3 ).print(); // prints 1, 1, 1
請注意，如果你在一個無限大的stream上使用 s.print()，它會無休無止的打印下去，最終耗盡你的內存。所以，你最好在使用s.print()前先s.take( n )。在一個無窮大的stream上使用s.length()也是無意義的，所有，不要做這些操作;它會導致一個無盡的循環(試圖到達一個無盡的stream的盡頭)。但是對于無窮大stream，你可以使用s.map( f ) 和 s.filter( f )。然而，s.walk( f )對于無窮大stream也是不好用。所有，有些事情你要記住; 對于無窮大的stream，一定要使用s.take( n )取出有限的部分。
讓我們看看能不能做一些更有趣的事情。還有一個有趣的能創建包含自然數的stream方式：
- function ones() {
- return new Stream( 1, ones );
- }
- function naturalNumbers() {
- return new Stream(
- // the natural numbers are the stream whose first element is 1...
- 1,
- function () {
- // and the rest are the natural numbers all incremented by one
- // which is obtained by adding the stream of natural numbers...
- // 1, 2, 3, 4, 5, ...
- // to the infinite stream of ones...
- // 1, 1, 1, 1, 1, ...
- // yielding...
- // 2, 3, 4, 5, 6, ...
- // which indeed are the REST of the natural numbers after one
- return ones().add( naturalNumbers() );
- }
- );
- }
- naturalNumbers().take( 5 ).print(); // prints 1, 2, 3, 4, 5
細心的讀者會發現為什么新構造的stream的第二參數是一個返回尾部的函數、而不是尾部本身的原因了。這種方式可以通過延遲尾部截取的操作來防止進行進入無窮盡的執行周期。
讓我們來看一個更復雜的例子。下面的是給讀者留下的一個練習，請指出下面這段代碼是做什么的?
- function sieve( s ) {
- var h = s.head();
- return new Stream( h, function () {
- return sieve( s.tail().filter( function( x ) {
- return x % h != 0;
- } ) );
- } );
- }
- sieve( Stream.range( 2 ) ).take( 10 ).print();
請一定要花些時間能清楚這段代碼的用途。除非有函數式編程經驗，大多數的程序員都會發現這段代碼很難理解，所以，如果你不能立刻看出來，不要覺 得沮喪。給你一點提示：找出被打印的stream的頭元素是什么。然后找出第二個元素是什么(余下的元素的頭元素);然后第三個元素，然后第四個。這個函 數的名稱也能給你一些提示。如果你對這種難題感興趣，這兒還有一些。
如果你真的想不出這段代碼是做什么的，你就運行一下它，自己看一看!這樣你就很容易理解它是怎么做的了。
致敬
Streams 實際上不是一個新的想法。很多的函數式的編程語言都支持這種特征。所謂‘stream’是Scheme語言里的叫法，Scheme是LISP語言的一種方言。Haskell語言也支持無限大列表(list)。這些'take', 'tail', 'head', 'map' 和 'filter' 名字都來自于Haskell語言。Python和其它很多中語言中也存在雖然不同但很相似的這種概念，它們都被稱作"發生器(generators)"。
這些思想來函數式編程社區里已經流傳了很久了。然而，對于大多數的Javascript程序員來說卻是一個很新的概念，特別是那些沒有函數式編程經驗的人。
這里很多的例子和創意都是來自Structure and Interpretation of Computer Programs這本數。如果你喜歡這些想法，我高度推薦你讀一讀它;這本書可以在網上免費獲得。它也是我開發這個Javascript類庫的創意來源。
如果你喜歡其它語法形式的stream，你可以試一下linq.js，或者，如果你使用 node.js， node-lazy 也許更適合你。
如果你要是喜歡 CoffeeScript 的話， Michael Blume 正在把 stream.js 移植到 CoffeeScript 上，創造出 coffeestream。
感謝你的閱讀!
我希望你能有所收獲，并喜歡上 stream.js。這個類庫是免費的，所以，如果你喜歡它，或它能在某方面提供了幫助，你可以考慮替我買一杯熱巧克力飲料 (我不喝咖啡) 或者 寫信給我。如果你打算這樣做，請寫清你是哪里人，做什么的。我很喜歡收集世界各地的圖片，所以，信中請附上你在你的城市里拍的照片!
原文出處：http://www.aqee.net/docs/stream/
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