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勿让你的调用栈原地爆炸

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对于编程中的一类问题(尤其是数学问题)来说,最优雅的解决方案是使用递归,因为递归可以直接把这个问题转变成一个有关于数学中函数定义的问题。不幸的是,在 JavaScript 中使用递归,会让你遇到一些麻烦事。

假定我们想定义一个递归,该递归函数用于告诉我们一个数字是否是偶数。(是的,确定一个数字是否是偶数,这里有很多方法,我们只是拿递归来探索一下)我们可能会这样写代码,就像下面这样:

function isEvenNaive (num) {
    if (num === 0) {
        return true;
    }

    if (num === 1) {
        return false;
    }

    return isEvenNaive(Math.abs(num) - 2);
}

isEvenNaive(10);
// => true

isEvenNaive(9);
// => false

这代码看起来很合理。但是如果我们把一个大数,比如 9999 传给上述递归,会发生什么情况呢?

isEvenNaive(99999);
// => InternalError: too much recursion

具体出现哪种错误,这情况各不相同,取决于 JavaScript 引擎,不过像上面这样的大数字,最终会让你达到引擎调用堆栈的深度限制,并且会伴随有堆栈溢出

调用栈 本质上是一个保存在内存中的列表,该列表包括了所有那些未被执行完的函数调用、与函数相关的变量以及与函数相关的信息。每次使用大于 1 的值来调用 isEvenNaive,它都会自己调用自己,在这过程中,不但会把信息添加到堆栈,而且还会消耗更多资源。

只有当我们最后遇到递归的终止条件 0 或者 1,递归才不会继续下去,接着是清空调用栈以及释放资源。没有递归深度的限制(或者尾递归),一个深度递归可能会耗完电脑上的所有资源。

但是递归还是很用的。有没有办法可以让我们既可以写递归又不会出现栈溢出?事实证明,还真有。

function isEvenInner (num) {
    if (num === 0) {
        return true;
    }

    if (num === 1) {
        return false;
    }

    return function() {
        return isEvenInner(Math.abs(num) - 2);
    };
}

isEvenInner(8);
// => function() {
//        return isEvenInner(Math.abs(num) - 2);
//    };

isEvenInner(8)()()()();
// => true

首先你会注意到, isEvenInner 函数这次没有直接调用自己,而是返回一个匿名函数。这就意味着每次调用 isEvenInner 函数,该函数都会被立即 resolved 掉,并且不会增加堆栈的大小。这也就意味着我们需要一种方法,来自动调用递归过程中所返回的全部匿名函数。这也是 trampoline 出现的由来。

function trampoline (func, arg) {
    var value = func(arg);

    while(typeof value === "function") {
        value = value();
    }

    return value;
}

trampoline(isEvenInner, 99999);
// => false

trampoline(isEvenInner, 99998);
// => true

trampoline 函数能够有效地将递归算法转换成用 while 循环来执行。只要 isEvenInner 函数一直返回函数,trampoline 函数就能一直执行这些返回函数。当我们最后终于返回一个非函数的值,trampoline 函数会将结果返回出去。

现在我们可以避免调用栈原地爆炸,但是这样调用 trampoline(isEvenInner, 3) 还不够优雅。那让我们用 bind 来加点”料“

var isEven = trampoline.bind(null, isEvenInner);

isEven(99999);
// => false

需要着重注意的是,虽说所阐述的原理具有普适性,但是 trampoline 函数使用起来,有一定的局限性。

  • 假定你只会传一个参数给递归函数。
  • 假定函数最后的返回值是一个非函数类型的值。
  • 在一些老的 JavaScript 引擎里面,typeof function 不可靠。

有关更健壮的实现,可以参考 underscore-contrib

我希望上面讲的这些可以帮助你更好地理解 JavaScript 中递归的工作原理。

有些人提到,他们对深入的主题感兴趣,所以我正在努力增加这样的内容。如果你有推荐的话题,只需要回复这封邮件。我喜欢你们能够给出你们的反馈。

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