Styl kontynuacji-przejścia (CPS)

Styl przekazywania kontynuacji (CPS) to metoda obsługi przepływu sterowania w programowaniu komputerowym, która polega na jawnym przekazywaniu sterowania przez parametr funkcji.

Ewolucja stylu kontynuacji (CPS)

Początków stylu kontynuacja-przejście można doszukiwać się w rozwoju informatyki teoretycznej, a sama koncepcja kontynuacji ma swoje korzenie w rachunku lambda. Pierwszą wyraźną wzmiankę o „stylu przemijającym” jako wyrażeniu i jego zastosowaniu w praktyce wprowadził informatyk Christopher Strachey w latach sześćdziesiątych XX wieku. To właśnie w tym okresie on i jego współpracownicy badali semantykę denotacyjną, czyli ramy definiowania znaczeń języków programowania.

Styl rozwijania-kontynuacji (CPS)

Styl przechodzący przez kontynuację (CPS) to forma organizacji programu, która obejmuje wyraźne użycie kontynuacji. Kontynuacja to reprezentacja stanu programu komputerowego w określonym momencie, łącznie ze stosem wywołań i wartościami zmiennych.

W CPS każda funkcja otrzymuje dodatkowy argument, zwykle nazywany „cont” lub „k”, który reprezentuje kontynuację programu – czyli to, co powinno się wydarzyć, gdy funkcja zakończy obliczenia. Gdy funkcja obliczy swój wynik, „zwraca” ten wynik, przekazując go do kontynuacji, zamiast zwracać go w zwykły sposób.

Tę koncepcję można postrzegać jako sposób na wyraźne przedstawienie przepływu sterowania: zamiast pośrednio przekazywać kontrolę wywołującemu po jego zakończeniu, funkcja CPS przekazuje kontrolę poprzez wywołanie kontynuacji.

Struktura stylu kontynuacji (CPS)

W tradycyjnej konwencji wywoływania funkcji, gdy funkcja jest wywoływana, wykonuje się i zwraca kontrolę wywołującemu wraz ze zwracaną wartością. Jednakże w stylu przekazywania kontynuacji kontrola jest przekazywana jawnie poprzez parametr funkcji, często określany jako „kontynuacja”.

Kontynuacja reprezentuje resztę obliczeń. Oznacza to, że gdy funkcja otrzymuje kontynuację, wykonuje pewne operacje, a następnie przekazuje wynik do otrzymanej kontynuacji. Zatem w stylu przekazywania kontynuacji powrót nigdy nie jest wykonywany w sposób dorozumiany.

Typowa funkcja CPS w pseudojęzyku może wyglądać następująco:

cssSkopiuj kod
function add(a, b, continuation) {
    result = a + b;
    continuation(result);
}

Ta funkcja „dodaj” wykonuje operację dodawania, a następnie przekazuje wynik do kontynuacji.

Kluczowe cechy stylu polegającego na kontynuacji (CPS)

1. Jawny przepływ sterowania: W CPS przepływ kontroli jest wyraźny. Nie ma ukrytego śladu stosu, a kolejność wykonywania jest wyraźnie widoczna w kodzie.

2. Elastyczność: Ponieważ CPS oddziela obliczenia od przepływu sterowania, zapewnia większą elastyczność w manipulowaniu przepływem sterowania.

3. Operacje nieblokujące: CPS jest bardzo przydatny w zarządzaniu operacjami nieblokującymi lub asynchronicznymi. Można go użyć, aby uniknąć piekła wywołań zwrotnych i zarządzać złożonymi scenariuszami przepływu kontroli w kodzie nieblokującym.

4. Optymalizacja połączeń ogonowych: Języki obsługujące optymalizację wywołań końcowych mogą skorzystać na CPS, ponieważ przekształca wszystkie wywołania na wywołania końcowe, co może być bardziej wydajne pod względem wykorzystania pamięci.

Rodzaje stylu kontynuacji (CPS)

Istnieją głównie dwa rodzaje kontynuacji, styl bezpośredni I styl kontynuacji-przejścia. Poniżej znajduje się porównanie między nimi:

Użycie, problemy i rozwiązania

CPS znajduje zastosowanie głównie w funkcjonalnych językach programowania oraz w zarządzaniu operacjami asynchronicznymi.

1. Asynchroniczny JavaScript: JavaScript, zwłaszcza w Node.js, wykorzystuje CPS do zarządzania asynchronicznymi, nieblokującymi operacjami. Wywołania zwrotne w JavaScript są przykładami CPS.

2. Programowanie funkcjonalne: Języki takie jak Scheme i Haskell używają CPS do obsługi struktur kontrolnych, takich jak pętle i obsługa wyjątków.

Jednak CPS może prowadzić do pewnych problemów:

• Czytelność: CPS może czasami prowadzić do powstania kodu, który jest trudny do odczytania i zrozumienia ze względu na piekło wywołań zwrotnych, zwłaszcza jeśli istnieje wiele zagnieżdżonych wywołań zwrotnych.
• Efektywność: Transformacja CPS może potencjalnie zwiększyć rozmiar kodu ze względu na dodatkowe parametry i wywołania funkcji.

Rozwiązania tych problemów są następujące:

• Używać Obietnice Lub asynchronicznie/czekaj w JavaScript, aby uniknąć piekła wywołań zwrotnych i poprawić czytelność.
• Korzystanie z języków programowania obsługujących optymalizację połączeń końcowych może złagodzić problemy związane z wydajnością.

Porównania

Oto porównanie CPS z innymi paradygmatami programowania:

Perspektywy na przyszłość

CPS w dalszym ciągu odgrywa zasadniczą rolę w konstruowaniu kodu asynchronicznego, szczególnie w JavaScript. Wprowadzenie async/await, czyli cukru syntaktycznego w stosunku do Promises, można postrzegać jako rozwój w stosunku do tradycyjnego CPS, zapewniający lepszą składnię i pozwalający uniknąć piekła wywołań zwrotnych.

W miarę jak aplikacje internetowe i serwerowe stają się coraz bardziej złożone, a współbieżność staje się coraz ważniejsza, CPS i inne paradygmaty programowania asynchronicznego prawdopodobnie staną się jeszcze ważniejsze. Trwają badania nad ulepszeniem języków programowania i systemów wykonawczych, aby lepiej wspierać te paradygmaty.

Serwery proxy i CPS

Serwery proxy działają jako pośrednicy dla żądań klientów poszukujących zasobów z innych serwerów. Podczas obsługi współbieżnych żądań klientów serwer proxy może używać CPS lub podobnych paradygmatów programowania asynchronicznego do zarządzania tymi żądaniami bez blokowania, poprawiając w ten sposób przepustowość i wydajność.

powiązane linki

1. Styl kontynuacji-przejścia na Wikipedii
2. Sztuka kontynuatora
3. Historia Haskella: lenistwo z klasą