關(guān)于ES6尾調(diào)用優(yōu)化

ES6包含了一個(gè)性能領(lǐng)域的特殊要求径筏。這與一個(gè)涉及函數(shù)調(diào)用的特定優(yōu)化形式相關(guān):即尾調(diào)用優(yōu)化(Tail Call Optimization,TCO)滋恬。簡(jiǎn)單地說,尾調(diào)用就是一個(gè)出現(xiàn)在另一個(gè)函數(shù)“結(jié)尾”處的函數(shù)調(diào)用带斑。這個(gè)調(diào)用結(jié)束之后就沒有其余事情要做了(除了可能要返回結(jié)果值)

什么尾調(diào)用

舉個(gè)例子,下面是一個(gè)非遞歸的尾調(diào)用:

function foo(x) {
  return x
}

// 尾調(diào)用
function bar(y) {
  return foo(y + 1)
}

// 非尾調(diào)用
function baz() {
  return 1 + bar(40)
}

baz()   // 輸出42

說明:foo(y+1)bar(...) 中的尾調(diào)用妈候,因?yàn)樵?foo(...) 完成后挂滓,bar(...)也完成了赶站,并且只需要返回 foo(...)調(diào)用的結(jié)果。然而贝椿,bar(40) 不是尾調(diào)用烙博,因?yàn)樵谒瓿珊螅慕Y(jié)果需要加上1才能由 baz() 返回渣窜。

在JavaScript里图毕,調(diào)用一個(gè)新的函數(shù)需要額外的一塊預(yù)留內(nèi)容來管理調(diào)用棧眷唉,成為棧幀。所以前面的代碼一般會(huì)同時(shí)需要為每個(gè) baz() 蛤虐、bar(...)肝陪、foo(...) 保留一個(gè)棧幀。

然而饲常,如果支持TCO的引擎能夠意識(shí)到foo(y+1) 調(diào)用位于尾部狼讨,這意味著 bar(...) 基本上已經(jīng)完成了,那么在調(diào)用foo(...)時(shí)播聪,它就不需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的幀棧,而是可以重用已有的 bar(...) 的幀棧稼虎。這樣不僅速度快招刨,而且節(jié)省內(nèi)存。

什么是尾遞歸

在計(jì)算機(jī)科學(xué)里计济,尾調(diào)用是指一個(gè)函數(shù)里的最后一個(gè)動(dòng)作是一個(gè)函數(shù)調(diào)用的情形:即這個(gè)調(diào)用的返回值直接被當(dāng)前函數(shù)返回的情形沦寂。這種情形下稱該調(diào)用位置為尾位置。若這個(gè)函數(shù)在尾位置調(diào)用本身(或是一個(gè)尾調(diào)用本身的其他函數(shù)等等)传藏,則稱這種情況為尾遞歸,是遞歸的一種特殊情形毯侦。尾調(diào)用不一定是遞歸調(diào)用,但是尾遞歸特別有用侈离,也比較容易實(shí)現(xiàn)。

TCO的意義

在程序運(yùn)行時(shí)铺坞,計(jì)算機(jī)會(huì)為應(yīng)用程序分配一定的內(nèi)存空間洲胖;應(yīng)用程序則會(huì)自行分配所獲得的內(nèi)存空間绿映,其中一部分被用于記錄程序中正在調(diào)用的各個(gè)函數(shù)的運(yùn)行情況,這就是函數(shù)的調(diào)用棧叉弦。常規(guī)的函數(shù)調(diào)用總是會(huì)在調(diào)用棧最上層添加一個(gè)新的堆棧幀(stack frame淹冰,也翻譯為“棧幀”或簡(jiǎn)稱為“幀”),這個(gè)過程被稱作“入楅茫”或“壓棧”(意即把新的幀壓在棧頂)拧略。當(dāng)函數(shù)的調(diào)用層數(shù)非常多時(shí)垫蛆,調(diào)用棧會(huì)消耗不少內(nèi)存,甚至?xí)伪瑑?nèi)存空間(棧溢出)袱饭,造成程序嚴(yán)重卡頓或意外崩潰虑乖。尾調(diào)用的調(diào)用棧則特別易于優(yōu)化,從而可減少內(nèi)存空間的使用疹味,也能提高運(yùn)行速度糙捺。其中,對(duì)尾遞歸情形的優(yōu)化效果最為明顯坎缭,尤其是遞歸算法非常復(fù)雜的情形签钩。

在簡(jiǎn)單的代碼片段中,這類優(yōu)化算不了什么,但是在處理遞歸時(shí)假消,這就解決了大問題富拗,特別是如果遞歸可能會(huì)導(dǎo)致成千上百個(gè)棧幀的時(shí)候。有了TCO啃沪,引擎可以用同一個(gè)棧幀執(zhí)行所有的這類調(diào)用创千!

遞歸是 JavaScript 中一個(gè)紛繁復(fù)雜的主題入偷。因?yàn)槿绻麤]有TCO的話械哟,引擎需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)隨意的限制來界定遞歸棧的深度暇咆,達(dá)到了就得停止,以防止內(nèi)存耗盡爸业。有了TCO扯旷,尾調(diào)用的遞歸函數(shù)本質(zhì)上就可以任意運(yùn)行,因?yàn)樵僖膊恍枰褂妙~外的內(nèi)存某抓,也沒有了內(nèi)存溢出的問題惰瓜。

下面用尾遞歸實(shí)現(xiàn)一個(gè)典型的階乘函數(shù):

// 用循環(huán)實(shí)現(xiàn)
function factorial(n) {
  if (n<2) return 1

  var res = 1
  for (var i = n; i > 1; i--) {
    res *= i
  }
  return res
}

// 用尾遞歸實(shí)現(xiàn)
function factorial(n) {
  function fact(n, res) {
    if (n < 2) return res 
    return fact(n-1, n*res)
  }
  return fact(n, 1)
}

factorial(5)   // 輸出120

注意:TCO只用于有實(shí)際的尾調(diào)用的情況崎坊,如果你寫了一個(gè)沒有尾遞調(diào)用的函數(shù),那么性能還是會(huì)回到普通幀棧分配的情形奈揍,引擎對(duì)這樣的遞歸調(diào)用棧的限制也仍然有效男翰。

總結(jié)

一般來說,尾調(diào)用消除是可選的蛾绎,可以用,也可以不用鹏倘。然而顽爹,在函數(shù)編程語言中镜粤,語言標(biāo)準(zhǔn)通常會(huì)要求編譯器或運(yùn)行平臺(tái)實(shí)現(xiàn)尾調(diào)用消除玻褪。這讓程序員可以用遞歸取代循環(huán)而不喪失性能涉馅。ES6之所以要求引擎實(shí)現(xiàn)TCO而不是將其留給引擎自由決定稚矿,一個(gè)原因是缺乏TCO會(huì)導(dǎo)致一些JavaScript算法因?yàn)楹ε抡{(diào)用棧限制而降低了通過遞歸實(shí)現(xiàn)的概率。

如果在所有的情況下引擎缺乏TCO只是降低了性能桥爽,那它就不會(huì)成為ES6所要求的東西昧识。但是,由于缺乏TCO確實(shí)可以使一些程序變得無法實(shí)現(xiàn)跪楞,所以它就成為了一個(gè)重要的語言特性而不是隱藏的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)缀去。ES6確保了JavaScript開發(fā)者從現(xiàn)在開始可以在所有符合ES6+的瀏覽器中依賴這個(gè)優(yōu)化。這對(duì)JavaScript性能來說是一個(gè)勝利甸祭。

參考文獻(xiàn)

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