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勿让你的调用栈原地爆炸

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勿让你的调用栈原地爆炸
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对于编程中的一些类型判定问题(尤其是数学问题)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

这代码看起来非常合理。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。

typeof function

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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