Ліниві обчислення

У більшості розповсюджених мов програмування, вирази if обчислюються лінивим способом^{[джерело?]}.

У такому записі:

 if a then b else c

обчислюється вираз (а); тоді і тільки тоді, коли (а) є істиною, обчислюється вираз (b); в іншому випадку обчислюється вираз (с). Тобто один з виразів ((b) або (с)) не буде обчислений.

Окрім того, якщо в умові (а) фігурує кон'юнкція або диз'юнкція, то вираз (а) за можливістю обчислюється за короткою схемою.

Багато мов^[які?] надають можливість створювати нескінченні структури даних. Це дозволяє давати визначення даним на нескінченних проміжках або за допомогою рекурсії. Приклад такої програми на Haskell:

numberFromInfiniteList :: Int -> Int
numberFromInfiniteList n =  infinity !! n - 1
    where infinity = [1..]

main = print $ numberFromInfiniteList 4

У функції numberFromInfiniteList, значення infinity є нескінченним проміжком, але поки дійсне значення (або більш конкретно — значення з конкретним індексом) не стане потрібним, список не обчислюється, а при обчисленні обчислюється тільки потрібна частина (тобто до вказаного індексу).

В операційних системах з віконним інтерфейсом виведення інформації на екран керується подіями виведення. Внаслідок цього операційна система уникає непотрібних обчислень для оновлення екрану. Іншим прикладом лінивості в сучасних комп'ютерних системах є копіювання при записі, при якому пам'ять виділяється лише коли збережене значення змінюється.

Лінивість може бути корисною для високої продуктивності. Прикладом є функція mmap в Unix, яка робить кероване потребою завантаження файлу в пам'ять, тобто тільки ті частини, які реально використовуються, завантажуються, і пам'ять на непотрібні блоки не виділяється.

MATLAB реалізує копіювання при модифікації, за яким масиви, які компілюються і змінюють своє розташування у пам'яті лише коли їх зміст змінився. Але такий підхід може призвести до помилки out of memory якщо змінити елемент після копіювання замість зміни під час копіювання.

У мовах з лінивим програмуванням, таких як Haskell, за умовчанням вирази обчислюються лише коли їх значення стане потрібне; в деяких випадках можливо зробити код більш ретельним — або навпаки, зробити обчислення більш лінивими після того як вони були зроблені ретельними. Це можна зробити не використовуючи явні команд які форсують обчислення (що робить код більш ретельним) або уникаючи таких команд (що робить код більш лінивим). Під строгими обчисленнями зазвичай розуміють ретельність, але технічно це різні концепції.

Перевагами лінивих обчислень є:

• Можливість визначити потік керування як абстракції замість примітивів.
• Можливість визначати потенційно нескінченні структури даних. Це дозволяє реалізовувати деякі алгоритми більш прямолінійно.
• Покращення продуктивності за рахунок уникання непотрібних обчислень і невиконуваних гілок в умовних виразах.

Однак, в деяких компіляторах реалізована оптимізація, яка називається аналіз строгості, яка, в деяких випадках, дозволяє компілятору визначити чи буде змінна завжди використовуватись. В таких випадках вибір програміста використовувати ліниві обчислення чи ні стає непотрібним, тому що аналіз строгості буде форсувати строгі обчислення.

Python

В Python 2.x функція range() створює список цілих чисел. Увесь список зберігається у пам'яті після того, як присвоєння буде виконане. Ось приклад ретельного, або негайного обчислення:

 >>> r = range(10)
 >>> print r
 [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
 >>> print r[3]
 3

У Python 3.x функція range() повертає спеціальний об'єкт, який обчислює елементи списку на вимогу. Елементи цього об'єкту генеруються тільки тоді коли вони стають потрібні (тобто коли в прикладі обчислюється print(r[3]) ), тож це буде прикладом лінивих, або відкладених обчислень:

 >>> r = range(10)
 >>> print(r)
 range(0, 10)
 >>> print(r[3])
 3

Ця зміна до лінивих обчислень зберігає час виконання для великих проміжків які ніколи не будуть повністю використовуватися. У Python 2.x є функція xrange() яка повертає об'єкт, що створює числа у заданому проміжку на вимогу. Перевагою функції xrange є те, що такий об'єкт буде займати одну й ту саму кількість пам'яті.

У фреймворку .NET ліниві обчислення можливі з використанням класу  System.Lazy<T> . У F# є спеціалізовані колекції, такі як Microsoft.FSharp.Collections.Seq  у яких є вбудована підтримка для лінивих обчислень.

let fibonacci = Seq.unfold (fun (x, y) -> Some(x, (y, x + y))) (0I,1I)
fibonacci |> Seq.nth 1000

У C# і VB.NET, використовується клас System.Lazy<T> .

public int Sum()
{
    int a = 0;
    int b = 0; 
    Lazy<int> x = new Lazy<int>(() => a + b);
    a = 3;
    b = 5;
    return x.Value; // returns 8
}

За умови, що програміст обережний, тільки обчислюються тільки значення, що потрібні для кінцевого виразу. Проте певні обчислення можуть привести  до того, що програма намагатиметься обчислити нескінченне число елементів; наприклад, спроба отримання довжини списку або обчислити суму елементів призведе до того, що програма завершить роботу через недостачу пам'яті. Більш практичний приклад:

// recursive calculation of the n'th fibonacci number
public int Fib(int n)
{
   return (n == 1)? 1 : (n == 2)? 1 : Fib(n-1) + Fib(n-2);
}

public void Main()
{
    Console.WriteLine("Which Fibonacci number do you want to calculate?");
    int n = Int32.Parse(Console.ReadLine()); 
    Lazy<int> fib = new Lazy<int>(() => Fib(n)); // function is prepared, but not executed
    bool execute; 
    if(n > 100)
    {
        Console.WriteLine("This can take some time. Do you really want to calculate this large number? [y/n]");
        execute = (Console.ReadLine() == "y"); 
    }
    else execute = true;
    
    if(execute) Console.WriteLine(fib.Value); // number is only calculated if needed
}

Інший спосіб — використання ключового слова yield :

// eager evaluation 
public IEnumerable<int> Fibonacci(int x)
{
    IList<int> fibs = new List<int>();

    int prev = -1;
    int next = 1;
    for (int i = 0; i < x; i++)
    {
     int sum = prev + next;
        prev = next;
        next = sum;
        fibs.Add(sum); 
    }
    return fibs;
}

// lazy evaluation 
public IEnumerable<int> LazyFibonacci(int x)
{
    int prev = -1;
    int next = 1;
    for (int i = 0; i < x; i++)
    {
        int sum = prev + next;
        prev = next;
        next = sum;
        yield return sum;
    }
}

обчислюється вираз (а), тоді і тільки тоді коли (а) є істиною обчислюється вираз (b), в іншому випадку обчислюється вираз (с). Тобто один з виразів ((b) або (с)) не буде обчислений.