Lo stile di passaggio di continuazione (CPS) è un metodo per gestire il flusso di controllo nella programmazione del computer che prevede il passaggio esplicito del controllo attraverso un parametro di funzione.
L’evoluzione dello stile di passaggio di continuazione (CPS)
Le origini dello stile a passaggio di continuazione possono essere ricondotte allo sviluppo dell'informatica teorica e il concetto stesso di continuazione ha radici nel lambda calcolo. La prima menzione esplicita dello “stile a passaggio di continuazione” come frase e del suo utilizzo nella pratica fu introdotta dallo scienziato informatico Christopher Strachey negli anni '60. Fu durante questo periodo che lui e i suoi colleghi esplorarono la semantica denotazionale, una struttura per definire i significati dei linguaggi di programmazione.
Stile di passaggio di continuazione (CPS)
Lo stile di passaggio di continuazione (CPS) è una forma di organizzazione del programma che prevede l'uso esplicito di continuazioni. Una continuazione è una rappresentazione dello stato di un programma per computer in un determinato momento, incluso lo stack di chiamate e i valori delle variabili.
In CPS, ogni funzione riceve un argomento aggiuntivo, tipicamente chiamato “cont” o “k”, che rappresenta la continuazione del programma, ovvero cosa dovrebbe accadere dopo che la funzione ha terminato il suo calcolo. Quando la funzione ha calcolato il suo risultato, “restituisce” questo risultato passandolo alla continuazione, invece di restituirlo nel solito modo.
Il concetto può essere visto come un modo per rendere esplicito il flusso di controllo: invece di passare implicitamente il controllo al chiamante quando termina, una funzione CPS passa il controllo chiamando la continuazione.
La struttura dello stile di passaggio di continuazione (CPS)
Nella convenzione tradizionale di chiamata delle funzioni, quando viene chiamata una funzione, viene eseguita e restituisce il controllo al chiamante con un valore restituito. Tuttavia, nello stile di passaggio di continuazione, il controllo viene passato esplicitamente tramite un parametro di funzione, spesso definito "continuazione".
La continuazione rappresenta il resto del calcolo. Cioè, quando una funzione riceve una continuazione, esegue alcune operazioni e poi passa il risultato alla continuazione ricevuta. Pertanto, nello stile a passaggio di continuazione, il ritorno non viene mai eseguito in modo implicito.
Una tipica funzione CPS in uno pseudo linguaggio potrebbe assomigliare a:
cssfunction add(a, b, continuation) {
result = a + b;
continuation(result);
}
Questa funzione "aggiungi" esegue un'operazione di addizione e quindi passa il risultato alla continuazione.
Caratteristiche principali dello stile a passaggio di continuazione (CPS)
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Flusso di controllo esplicito: In CPS, il flusso di controllo è esplicito. Non esiste alcuna traccia dello stack nascosta e puoi vedere chiaramente l'ordine di esecuzione nel codice.
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Flessibilità: Poiché CPS disaccoppia il calcolo dal flusso di controllo, offre maggiore flessibilità per manipolare il flusso di controllo.
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Operazioni non bloccanti: CPS è molto utile nella gestione di operazioni non bloccanti o asincrone. Può essere utilizzato per evitare l'inferno delle richiamate e gestire scenari complessi di flussi di controllo in codice non bloccante.
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Ottimizzazione delle chiamate in coda: I linguaggi che supportano l'ottimizzazione delle chiamate in coda possono trarre vantaggio da CPS poiché trasforma tutte le chiamate in chiamate in coda, il che può essere più efficiente in termini di utilizzo della memoria.
Tipi di stile di passaggio di continuazione (CPS)
Esistono principalmente due tipi di continuazioni, stile diretto E stile di passaggio di continuazione. Di seguito è riportato un confronto tra i due:
| Stile | Descrizione |
|---|---|
| Stile diretto | Nello stile diretto, una funzione completa la sua esecuzione e restituisce il controllo alla funzione chiamante. Il valore restituito è spesso un risultato di calcolo. |
| Stile di passaggio di continuazione | In CPS, la funzione riceve un argomento aggiuntivo, la continuazione, e passa il risultato a questa continuazione. Il flusso di controllo è esplicito. |
Utilizzo, problemi e soluzioni
CPS trova il suo utilizzo soprattutto nei linguaggi di programmazione funzionale e nella gestione di operazioni asincrone.
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JavaScript asincrono: JavaScript, soprattutto in Node.js, utilizza CPS per gestire operazioni asincrone non bloccanti. I callback in JavaScript sono esempi di CPS.
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Programmazione Funzionale: Linguaggi come Scheme e Haskell utilizzano CPS per gestire strutture di controllo come loop e gestione delle eccezioni.
Tuttavia, il CPS può portare ad alcuni problemi:
- Leggibilità: CPS a volte può portare a un codice difficile da leggere e comprendere a causa dell'inferno dei callback, soprattutto se sono presenti molti callback annidati.
- Efficienza: la trasformazione CPS può potenzialmente aumentare la dimensione del codice a causa di parametri aggiuntivi e chiamate di funzioni.
Le soluzioni a questi problemi sono:
- Utilizzo Promesse O asincrono/attendo in JavaScript per evitare l'inferno delle richiamate e migliorare la leggibilità.
- L'utilizzo di linguaggi di programmazione che supportano l'ottimizzazione delle chiamate in coda può mitigare i problemi di efficienza.
Confronti
Ecco un confronto di CPS con altri paradigmi di programmazione:
| Paradigma di programmazione | Flusso di controllo | Caso d'uso |
|---|---|---|
| Stile di passaggio di continuazione (CPS) | Esplicito, con seguito. | Operazioni non bloccanti/asincrone, ottimizzazione delle chiamate in coda. |
| Stile diretto | Implicitamente, la funzione ritorna al chiamante. | Operazioni sincrone/bloccanti. |
| Coroutine | Multitasking cooperativo consentendo alle funzioni di sospendere e riprendere l'esecuzione. | Flusso di controllo complesso, multitasking cooperativo. |
Prospettive future
CPS continua a svolgere un ruolo essenziale nella strutturazione del codice asincrono, soprattutto in JavaScript. L'introduzione di async/await, che è uno zucchero sintattico rispetto a Promises, può essere vista come uno sviluppo rispetto al CPS tradizionale, fornendo una sintassi migliore ed evitando l'inferno delle richiamate.
Man mano che le applicazioni web e server diventano più complesse e la concorrenza diventa più importante, è probabile che CPS e altri paradigmi di programmazione asincrona diventino ancora più importanti. È in corso una ricerca per migliorare i linguaggi di programmazione e i sistemi runtime per supportare meglio questi paradigmi.
Server proxy e CPS
I server proxy fungono da intermediario per le richieste dei client che cercano risorse da altri server. Quando si gestiscono richieste client simultanee, un server proxy potrebbe utilizzare CPS o paradigmi di programmazione asincroni simili per gestire queste richieste senza bloccarle, migliorando così la velocità effettiva e le prestazioni.
