找回密码
 骑士注册

QQ登录

微博登录

搜索
❏ 站外平台:

尾调用、优化和 ES6

作者: Gustavo Duarte 译者: LCTT qhwdw

| 2018-06-14 12:50      

在探秘“栈”的倒数第二篇文章中,我们提到了尾调用tail call、编译优化、以及新发布的 JavaScript 上合理尾调用proper tail call

当一个函数 F 调用另一个函数作为它的结束动作时,就发生了一个尾调用。在那个时间点,函数 F 绝对不会有多余的工作:函数 F 将“球”传给被它调用的任意函数之后,它自己就“消失”了。这就是关键点,因为它打开了尾调用优化的“可能之门”:我们可以简单地重用函数 F 的栈帧,而不是为函数调用 创建一个新的栈帧,因此节省了栈空间并且避免了新建一个栈帧所需要的工作量。下面是一个用 C 写的简单示例,然后使用 mild 优化 来编译它的结果:

int add5(int a)
{
    return a + 5;
}

int add10(int a)
{
    int b = add5(a); // not tail
    return add5(b); // tail
}

int add5AndTriple(int a){
    int b = add5(a); // not tail
    return 3 * add5(a); // not tail, doing work after the call
}

int finicky(int a){
    if (a > 10){
        return add5AndTriple(a); // tail
    }

    if (a > 5){
        int b = add5(a); // not tail
        return finicky(b); // tail
    }

    return add10(a); // tail
}

简单的尾调用 下载

在编译器的输出中,在预期会有一个 调用 的地方,你可以看到一个 跳转 指令,一般情况下你可以发现尾调用优化(以下简称 TCO)。在运行时中,TCO 将会引起调用栈的减少。

一个通常认为的错误观念是,尾调用必须要 递归。实际上并不是这样的:一个尾调用可以被递归,比如在上面的 finicky() 中,但是,并不是必须要使用递归的。在调用点只要函数 F 完成它的调用,我们将得到一个单独的尾调用。是否能够进行优化这是一个另外的问题,它取决于你的编程环境。

“是的,它总是可以!”,这是我们所希望的最佳答案,它是著名的 Scheme 中的方式,就像是在 SICP上所讨论的那样(顺便说一声,如果你的程序不像“一个魔法师使用你的咒语召唤你的电脑精灵”那般有效,建议你读一下这本书)。它也是 Lua 的方式。而更重要的是,它是下一个版本的 JavaScript —— ES6 的方式,这个规范清晰地定义了尾的位置,并且明确了优化所需要的几个条件,比如,严格模式。当一个编程语言保证可用 TCO 时,它将支持合理尾调用proper tail call

现在,我们中的一些人不能抛开那些 C 的习惯,心脏出血,等等,而答案是一个更复杂的“有时候”,它将我们带进了编译优化的领域。我们看一下上面的那个 简单示例;把我们 上篇文章 的阶乘程序重新拿出来:

#include  <stdio.h>

int factorial(int n)
{
    int previous = 0xdeadbeef;

    if (n == 0 || n == 1) {
        return 1;
    }

    previous = factorial(n-1);
    return n * previous;
}

int main(int argc)
{
    int answer = factorial(5);
    printf("%d\n", answer);
}

递归阶乘 下载

像第 11 行那样的,是尾调用吗?答案是:“不是”,因为它被后面的 n 相乘了。但是,如果你不去优化它,GCC 使用 O2 优化结果 会让你震惊:它不仅将阶乘转换为一个 无递归循环,而且 factorial(5) 调用被整个消除了,而以一个 120 (5! == 120) 的 编译时常数来替换。这就是调试优化代码有时会很难的原因。好的方面是,如果你调用这个函数,它将使用一个单个的栈帧,而不会去考虑 n 的初始值。编译算法是非常有趣的,如果你对它感兴趣,我建议你去阅读 构建一个优化编译器ACDI

但是,这里没有做尾调用优化时到底发生了什么?通过分析函数的功能和无需优化的递归发现,GCC 比我们更聪明,因为一开始就没有使用尾调用。由于过于简单以及很确定的操作,这个任务变得很简单。我们给它增加一些可以引起混乱的东西(比如,getpid()),我们给 GCC 增加难度:

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int pidFactorial(int n)
{
    if (1 == n) {
        return getpid(); // tail
    }

    return n * pidFactorial(n-1) * getpid(); // not tail
}

int main(int argc)
{
    int answer = pidFactorial(5);
    printf("%d\n", answer);
}

递归 PID 阶乘 下载

优化它,unix 精灵!现在,我们有了一个常规的 递归调用 并且这个函数分配 O(n) 栈帧来完成工作。GCC 在递归的基础上仍然 为 getpid 使用了 TCO。如果我们现在希望让这个函数尾调用递归,我需要稍微变一下:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int tailPidFactorial(int n, int acc)
{
    if (1 == n) {
        return acc * getpid(); // not tail
    }

    acc = (acc * getpid() * n);
    return tailPidFactorial(n-1, acc); // tail
}

int main(int argc)
{
    int answer = tailPidFactorial(5, 1);
    printf("%d\n", answer);
}

tailPidFactorial.c 下载

现在,结果的累加是 一个循环,并且我们获得了真实的 TCO。但是,在你庆祝之前,我们能说一下关于在 C 中的一般情形吗?不幸的是,虽然优秀的 C 编译器在大多数情况下都可以实现 TCO,但是,在一些情况下它们仍然做不到。例如,正如我们在 函数序言 中所看到的那样,函数调用者在使用一个标准的 C 调用规则调用一个函数之后,它要负责去清理栈。因此,如果函数 F 带了两个参数,它只能使 TCO 调用的函数使用两个或者更少的参数。这是 TCO 的众多限制之一。Mark Probst 写了一篇非常好的论文,他们讨论了 在 C 中的合理尾递归,在这篇论文中他们讨论了这些属于 C 栈行为的问题。他也演示一些 疯狂的、很酷的欺骗方法

“有时候” 对于任何一种关系来说都是不坚定的,因此,在 C 中你不能依赖 TCO。它是一个在某些地方可以或者某些地方不可以的离散型优化,而不是像合理尾调用一样的编程语言的特性,虽然在实践中可以使用编译器来优化绝大部分的情形。但是,如果你想必须要实现 TCO,比如将 Scheme 转译transpilation成 C,你将会 很痛苦

因为 JavaScript 现在是非常流行的转译对象,合理尾调用比以往更重要。因此,对 ES6 及其提供的许多其它的重大改进的赞誉并不为过。它就像 JS 程序员的圣诞节一样。

这就是尾调用和编译优化的简短结论。感谢你的阅读,下次再见!


via:https://manybutfinite.com/post/tail-calls-optimization-es6/

作者:Gustavo Duarte 译者:qhwdw 校对:wxy

本文由 LCTT 原创编译,Linux中国 荣誉推出

LCTT 译者
qhwdw 💎
共计翻译: 140.5 篇 | 共计贡献: 287
贡献时间:2017-10-31 -> 2018-08-13
访问我的 LCTT 主页 | 在 GitHub 上关注我

收藏


最新评论

我也要发表评论

返回顶部

分享到微信

打开微信,点击顶部的“╋”,
使用“扫一扫”将网页分享至微信。