JavaScript 中的尾调用优化

作者:日期:2017-07-30 14:25:04 点击:39

 

JavaScript 中的尾调用优化(tail call optimization)

我在学习尾调用优化的过程中,有两个误解:

第一个是,我们一谈优化,经常说时间的优化。但是尾调用优化却主要是指空间的优化。

第二个是,既然尾调用优化是在 es6 中支持的,那么可能又要学新的语法了。然而,尾调用优化并不需要新的语法,而只是是在解释器(如V8)中做的改进。尾调用是一直存在的,但是尾调用优化是在支持 es6 的解释器里添加的。

澄清了这两个问题之后,我们先来看看尾调用是什么。

尾调用

尾调用,从定义上来看很简单,简而言之是函数里的最后一个动作是函数调用。

从上面了解到,尾调用优化是对空间的优化,是对解释器的改进,怎么改进的呢,看一个例子:

1.function c() {
2. throw new Error()
3. return 'return from c'
4.}
5.function b() {
6. const b = 'b'
7. return c()
8.}
9.function a() {
10. const a = 'a'
11. return b(a)
12.}
13.a()

我们有意在函数 c 中抛出一个错误。在控制台会输出类似下面的结果:

从图中可以看到一个类似于栈的结构, a 调用 b, b 调用 c,c 抛出错误。这样的一个结构我们称之为调用堆栈(call stack)。

还不够直观,对吗?我们以图的形式演示一下执行的过程。

由于 JavaScript 是一个单线程(除了webworker, child process 这种场景)的程序,它只有一个调用堆栈。以上面的代码为例,在执行a调用前,call stack 的情况是:

1.+--------------------+
2.| |
3.| |
4.+ +
5.| |
6.| |
7.+ +
8.| |
9.| |
10.+ +
11.| |
12.| |
13.+--------------------+

14.| a b c |
15.| main | -> stack frame
16.+--------------------+

我们将全局环境用一个 main 来表示,main 在执行前只知道 a, b, c 三个函数,存在于 call stack 中。

call stack 由 stack frame 组成。stack frame 存一些参数 本地变量,返回地址等。

执行 a(), a 入栈。在 a 的stack frame 中,执行初始化然后在其末尾调用函数 b。

这时候就有两个策略,一层一层的stack frame 网上堆。如下:

1.+--------------------+
2.| |
3.| |
4.+--------------------+

5.| |
6.| c |
7.+--------------------+

8.| |
9.| b |
10.+--------------------+

11.| |
12.| a |
13.+--------------------+

14.| a b c |
15.| main |
16.+--------------------+

但是由于是尾调用,a 的返回仅仅依赖 b 的调用。所以 a 的 stack frame 是没有必要保存的。那么尾调用优化后的结果是:

1.+--------------------+
2.| |
3.| |
4.+--------------------+

5.| |
6.| |
7.+--------------------+

8.| |
9.| |
10.+--------------------+

11.| |
12.| c |
13.+--------------------+

14.| a b c |
15.| main |
16.+--------------------+

空间复杂度从 O(n) 降到了 O(1)。

严格模式

尾递归优化只在严格模式下生效。也可以在 es6 module 中使用,因为 es6 module 默认是遵循严格模式的。

https://kangax.github.io/compat-table/es6/可以看到, 目前主流浏览器只有 safari 支持尾递归调用。根据我们上面的介绍。

测试一下两种不同的模式:

可以看到尾递归优化使得栈调用从O(n)变成了O(1)。

判断以及递归

如何判断是不是尾调用,有一套详细的判定规则。本文不再详述,可以参考下面的链接。

我们知道递归对堆栈要求特别高,调用层次过多的话,会导致栈溢出错误。所以尾调用优化对尾递归意义非常。

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