ES6學習筆記 -- 尾調用優化

什麼是尾調用？

尾調用（Tail Call）是函數式編程的一個重要概念，就是指某個函數的最後一步是調用另外一個函數。

function f(x) {
    return g(x)
}

如上，函數 f 的最後一步是調用函數g，這就叫作尾調用。

可是，以下狀況並不屬於尾調用：

// 狀況一
function f(x) {
    let y = g(x);
    return y;
}

// 狀況二
function f(x) {
    return g(x) + 1;
}

// 狀況三
function f(x) {
    g(x);
}

一、調用g以後，還有賦值操做，因此不屬於尾調用，即便語義徹底同樣；二、屬於調用後還有操做，即便寫在一行內，也不屬於尾調用；三、等同於 function(x) { g(x); return undefined; } , return undefined纔是它的最後執行語句。

可是，尾調用其實不必定出如今尾部，只要是最後一步操做便可：

function f(x) {
    if (x > 0) {
        return m(x)
    }
    return n(x)
}

如上，m 和 n 都屬於尾調用，由於它們都是函數 f 的最後一步操做。

尾調用優化

尾調用之因此與其餘調用不一樣，就在於它的特殊的調用位置。

函數調用會在內存造成一個」調用記錄「，又稱」調用幀「（call frame）,保存調用位置和內部變量等信息。若是在函數A的內部調用函數B，那麼在A的調用幀上方，還會造成一個B的調用幀。等到B運行結束，將結果返回到A，B的調用幀纔會消失。若是函數B內部還調用函數C，那就還一個C的調用幀，以此類推。全部的調用幀，就造成一個」調用棧「 （call stack）。

尾調用因爲是函數的最後一步操做，因此不須要保留外層函數的調用幀，由於調用位置、內部變量等信息都不會再用到了，只要直接內層函數的調用幀，取代外層函數的調用幀就能夠了。

function f() {
    let m = 1;
    let n = 2;
    return g(m + n);
}
f();

// 等同於
function f() {
    return g(3);
}
f();

// 等同於
g(3)

如上，若是函數g不是尾調用，函數f 就須要保存內部變量m 和 n 的值、g的調用位置等信息。可是因爲調用g以後，函數 f 就結束了因此執行到最後一步，徹底能夠刪除 f(x) 的調用幀，只保留g(3) 的調用幀。

這就叫作」尾調用優化「（Tail call optimization）,即只保留內層函數的調用幀。若是全部函數都是尾調用，那麼徹底能夠作到每次執行時，調用幀只有一項，這將大大節省內存。這就是」尾調用優化「的意義。

注意，只有再也不用到外層函數的內部變量，內層函數的調用幀纔會取代外層函數的調用幀，不然就沒法進行」尾調用優化「。

function addOne(a) {
    var one = 1;
    function inner(b) {
        return b + one;
    }
    return inner(a);
}

上面的函數不會進行尾調用優化，由於內層函數inner用到了外層函數addOne的內部變量one。

尾遞歸

 函數調用自身，稱爲遞歸。若是尾調用自身，就稱爲尾遞歸。

遞歸是一個很是耗內存的操做，由於須要同時保存成千上百個調用幀，很容易發生」棧溢出「錯誤（stack overflow）。但對於尾遞歸來講，因爲只存在一個調用幀，因此永遠不會發生」棧溢出「錯誤。

function factorial(n) {
    if (n === 1) return 1;
    return n * factorial(n - 1);
}

factorial(5) // 120

如上是一個階乘函數，計算n的階乘，最多須要保存n 個調用記錄，複雜度O(n)。

但，若是改爲尾遞歸，只保留一個調用記錄，複雜度O(1)。

function factorial(n, total) {
    if (n === 1) return total;
    return factorial(n - 1, n * total);
}

factorial(5, 1)  // 120

還有一個比較著名的例子，就是計算Fibonacci（斐波那契數列） 數列 ，也能充分說明尾遞歸優化的重要性。

非尾遞歸的Fibonacci 數列實現以下：

function Fibonacci(n) {
    if (n <= 1) {return 1};
    return Fibonacci(n - 1) + Fibonacci(n - 2);
}

Fibonacci(10) // 89
Fibonacci(100) // 堆棧溢出
Fibonacci(500) // 堆棧溢出

尾遞歸優化過的Fibonacci 數列實現以下：

function Fibonacci2(n, ac1 = 1, ac2 = 1) {
    if (n <= 1) { return ac2 };
    return Fibonacci2( n - 1, ac2, ac1 + ac2);
}

Fibonacci2(100) // 堆棧未溢出, 573147844013817200000
Fibonacci2(1000) // 7.0330367711422765e+208
Fibonacci2(10000) // Infinity

因而可知，」尾調用優化「對遞歸操做意義重大，因此一些函數式編程語言將其寫入了語言規格。ES6就是如此，第一次明確規定，全部ECMAScript的實現，都必須部署」尾調用優化「。這就是說，ES6中只要使用尾遞歸，就不會發生棧溢出，相對節省內存。

 

推薦阮一峯老師的詳細文章：http://es6.ruanyifeng.com/#docs/function