Estilo de passagem de continuação (CPS)

O estilo de passagem de continuação (CPS) é um método de lidar com o fluxo de controle na programação de computadores que envolve passar o controle explicitamente por meio de um parâmetro de função.

A evolução do estilo de passagem de continuação (CPS)

As origens do estilo de passagem de continuação remontam ao desenvolvimento da ciência da computação teórica, e o próprio conceito de continuação tem raízes no cálculo lambda. A primeira menção explícita ao “estilo de passagem de continuação” como frase e seu uso na prática foi introduzida pelo cientista da computação Christopher Strachey na década de 1960. Foi durante esse período que ele e seus colegas exploraram a semântica denotacional, uma estrutura para definir os significados das linguagens de programação.

Desdobramento do estilo de passagem de continuação (CPS)

O estilo de passagem de continuação (CPS) é uma forma de organização do programa que envolve o uso explícito de continuações. Uma continuação é uma representação do estado de um programa de computador em um determinado momento, incluindo a pilha de chamadas e os valores das variáveis.

No CPS, cada função recebe um argumento extra, normalmente denominado “cont” ou “k”, que representa a continuação do programa – o que deve acontecer após a função terminar seu cálculo. Quando a função tiver calculado o seu resultado, ela “retorna” esse resultado passando-o para a continuação, em vez de devolvê-lo da maneira usual.

O conceito pode ser visto como uma forma de tornar explícito o fluxo de controle: em vez de passar implicitamente o controle para o chamador quando ele termina, uma função CPS passa o controle chamando a continuação.

A estrutura do estilo de passagem de continuação (CPS)

Na convenção tradicional de chamada de função, quando uma função é chamada, ela executa e retorna o controle ao chamador com um valor de retorno. No entanto, no estilo de passagem de continuação, o controle é passado explicitamente através de um parâmetro de função, frequentemente denominado “continuação”.

A continuação representa o resto do cálculo. Ou seja, quando uma função recebe uma continuação, ela realiza algumas operações e depois passa o resultado para a continuação recebida. Assim, no estilo de passagem de continuação, o retorno nunca é executado implicitamente.

Uma função CPS típica em uma pseudolinguagem pode ser semelhante a:

cssCopiar código
function add(a, b, continuation) {
    result = a + b;
    continuation(result);
}

Esta função “adicionar” realiza uma operação de adição e depois passa o resultado para a continuação.

Principais recursos do estilo de passagem de continuação (CPS)

1. Fluxo de controle explícito: No CPS, o fluxo de controle é explícito. Não há rastreamento de pilha oculto e você pode ver claramente a ordem de execução no código.

2. Flexibilidade: Como o CPS separa a computação do fluxo de controle, ele oferece mais flexibilidade para manipular o fluxo de controle.

3. Operações sem bloqueio: CPS é muito útil no gerenciamento de operações sem bloqueio ou assíncronas. Ele pode ser usado para evitar retornos de chamada e gerenciar cenários complexos de fluxo de controle em código sem bloqueio.

4. Otimização de chamada final: linguagens que suportam a otimização de chamadas finais podem se beneficiar do CPS, pois ele transforma todas as chamadas em chamadas finais, o que pode ser mais eficiente em termos de uso de memória.

Tipos de estilo de passagem de continuação (CPS)

Existem basicamente dois tipos de continuações, estilo direto e estilo de passagem de continuação. Abaixo está uma comparação entre os dois:

Uso, problemas e soluções

O CPS é usado principalmente em linguagens de programação funcionais e no gerenciamento de operações assíncronas.

1. JavaScript assíncrono: JavaScript, especialmente em Node.js, usa CPS para gerenciar operações assíncronas sem bloqueio. Retornos de chamada em JavaScript são exemplos de CPS.

2. Programação Funcional: Linguagens como Scheme e Haskell usam CPS para lidar com estruturas de controle como loops e tratamento de exceções.

No entanto, o CPS pode levar a alguns problemas:

• Legibilidade: o CPS às vezes pode levar a um código difícil de ler e entender devido ao inferno de retorno de chamada, especialmente se houver muitos retornos de chamada aninhados.
• Eficiência: a transformação CPS pode aumentar potencialmente o tamanho do código devido a parâmetros extras e chamadas de função.

As soluções para esses problemas são:

• Usar Promessas ou assíncrono/aguardar em JavaScript para evitar retornos de chamada e melhorar a legibilidade.
• O uso de linguagens de programação que suportam a otimização de chamadas finais pode mitigar preocupações de eficiência.

Comparações

Aqui está uma comparação do CPS com outros paradigmas de programação:

Perspectivas futuras

O CPS continua a desempenhar um papel essencial na estruturação de código assíncrono, especialmente em JavaScript. A introdução de async/await, que é um açúcar sintático em relação ao Promises, pode ser vista como um desenvolvimento em relação ao CPS tradicional, fornecendo melhor sintaxe e evitando o inferno de retorno de chamada.

À medida que as aplicações web e de servidor se tornam mais complexas e a simultaneidade se torna mais importante, o CPS e outros paradigmas de programação assíncrona provavelmente se tornarão ainda mais importantes. Há pesquisas em andamento para melhorar linguagens de programação e sistemas de tempo de execução para melhor suportar esses paradigmas.

Servidores proxy e CPS

Os servidores proxy atuam como intermediários para solicitações de clientes que buscam recursos de outros servidores. Ao lidar com solicitações simultâneas de clientes, um servidor proxy pode usar CPS ou paradigmas de programação assíncronos semelhantes para gerenciar essas solicitações sem bloqueio, melhorando assim o rendimento e o desempenho.

Links Relacionados

1. Estilo de passagem de continuação na Wikipedia
2. A Arte do Continuador
3. Uma história de Haskell: sendo preguiçoso com classe