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19652900c9
160
docs/function.md
160
docs/function.md
@ -654,3 +654,163 @@ mult2(plus1(5))
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// 12
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// 12
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## 尾调用优化
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### 什么是尾调用?
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尾调用(Tail Call)是函数式编程的一个重要概念,本身非常简单,一句话就能说清楚,就是指某个函数的最后一步是调用另一个函数。
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function f(x){
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return g(x);
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}
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上面代码中,函数f的最后一步是调用函数g,这就叫尾调用。
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以下两种情况,都不属于尾调用。
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// 情况一
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function f(x){
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let y = g(x);
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return y;
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}
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// 情况二
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function f(x){
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return g(x)+1;
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}
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上面代码中,情况一是调用函数g之后,还有别的操作,所以不属于尾调用,即使语义完全一样。情况二也属于调用后还有操作,即使写在一行内。
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尾调用不一定出现在函数尾部,只要是最后一步操作即可。
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```javascript
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function f(x) {
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if (x>0) {
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return m(x)
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}
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return n(x);
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}
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上面代码中,函数m和n都属于尾调用,因为它们都是函数f的最后一步操作。
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### 尾调用优化
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尾调用之所以与其他调用不同,就在于它的特殊的调用位置。
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我们知道,函数调用会在内存形成一个“调用栈”(call stack),保存调用位置和内部变量等信息。如果在函数A的内部调用函数B,就会在A的调用栈上方,再形成一个B的调用栈。等到B运行结束,将结果返回到A,B的调用栈才会消失。如果函数B内部还调用函数C,那就还有一个C的调用栈,以此类推。
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尾调用由于是函数的最后一步操作,所以不需要保留外层函数的调用栈,因为调用位置、内部变量等信息都不会再用到了,只要直接用内层函数的调用栈,取代外层函数的调用栈就可以了。
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```javascript
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function f(x) {
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let m = 1;
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let n = 2;
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return g(m+n);
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}
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// 等同于
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function f(x) {
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return g(3);
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}
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// 等同于
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g(3);
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上面代码中,如果函数g不是尾调用,函数f就需要保存内部变量m和n的值、g的调用位置等信息。但由于调用g之后,函数f就结束了,所以执行到最后一步,完全可以删除 f(x) 的调用栈,只保留 g(3) 的调用栈。
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这就叫做“尾调用优化”(Tail call optimization),即只保留内层函数的调用栈。如果所有函数都是尾调用,那么完全可以做到每次执行时,调用栈只有一项,这将大大节省内存。这就是“尾调用优化”的意义。
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### 尾递归
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函数调用自身,称为递归。如果尾调用自身,就称为尾递归。
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递归非常耗费内存,因为需要同时保存成千上百个调用栈,很容易发生“栈溢出”错误(stack overflow)。但对于尾递归来说,由于只存在一个调用栈,所以永远不会发生“栈溢出”错误。
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```javascript
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function factorial(n) {
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if (n === 1) return 1;
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return n * factorial(n-1);
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}
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factorial(5) // 120
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上面代码是一个阶乘函数,计算n的阶乘,最多需要保存n个调用栈,复杂度 O(n) 。
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如果改写成尾递归,只保留一个调用栈,复杂度 O(1) 。
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```javascript
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function factorial(n, total) {
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if (n === 1) return total;
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return factorial(n-1, n * total);
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}
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factorial(5, 1) // 120
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由此可见,“尾调用优化”对递归操作意义重大,所以一些函数式编程语言将其写入了语言规格。ES6也是如此,第一次明确规定,所有 ECMAScript 的实现,都必须部署“尾调用优化”。这就是说,在 ES6 中,只要使用尾递归,就不会发生栈溢出,相对节省内存。
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### 递归函数的改写
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尾递归的实现,往往需要改写递归函数,确保最后一步只调用自身。做到这一点的方法,就是把所有用到的内部变量改写成函数的参数。比如上面的例子,阶乘函数 factorial 需要用到一个中间变量 total ,那就把这个中间变量改写成函数的参数。这样做的缺点就是不太直观,第一眼很难看出来,为什么计算5的阶乘,需要传入两个参数5和1?
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两个方法可以解决这个问题。方法一是在尾递归函数之外,再提供一个正常形式的函数。
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```javascript
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function tailFactorial(n, total) {
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if (n === 1) return total;
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return tailFactorial(n-1, n * total);
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}
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function factorial(n) {
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return tailFactorial(n, 1);
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}
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factorial(5) // 120
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上面代码通过一个正常形式的阶乘函数 factorial ,调用尾递归函数 tailFactorial ,看起来就正常多了。
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函数式编程有一个概念,叫做柯里化(currying),意思是将多参数的函数转换成单参数的形式。这里也可以使用柯里化。
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function currying(fn, n) {
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return function (m) {
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return fn.call(this, m, n);
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};
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}
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function tailFactorial(n, total) {
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if (n === 1) return total;
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return tailFactorial(n-1, n * total);
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}
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const factorial = currying(tailFactorial, 1);
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factorial(5) // 120
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上面代码通过柯里化,将尾递归函数 tailFactorial 变为只接受1个参数的 factorial 。
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第二种方法就简单多了,就是采用ES6的函数默认值。
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```javascript
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function factorial(n, total = 1) {
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if (n === 1) return total;
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return factorial(n-1, n * total);
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}
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factorial(5) // 120
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上面代码中,参数 total 有默认值1,所以调用时不用提供这个值。
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总结一下,递归本质上是一种循环操作。纯粹的函数式编程语言没有循环操作命令,所有的循环都用递归实现,这就是为什么尾递归对这些语言极其重要。对于其他支持“尾调用优化”的语言(比如Lua,ES6),只需要知道循环可以用递归代替,而一旦使用递归,就最好使用尾递归。
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