Стиль продолжения-передачи (CPS)

Стиль передачи продолжения (CPS) — это метод управления потоком управления в компьютерном программировании, который включает явную передачу управления через параметр функции.

Эволюция стиля продолжения передачи (CPS)

Истоки стиля передачи продолжений можно проследить до развития теоретической информатики, а сама концепция продолжений уходит корнями в лямбда-исчисление. Первое явное упоминание «стиля продолжения-передачи» как фразы и ее использования на практике было сделано ученым-компьютерщиком Кристофером Стрейчи в 1960-х годах. Именно в этот период он и его коллеги изучали денотационную семантику — основу для определения значений языков программирования.

Развертывание стиля продолжения-передачи (CPS)

Стиль передачи продолжения (CPS) — это форма организации программы, которая предполагает явное использование продолжений. Продолжение — это представление состояния компьютерной программы в определенный момент времени, включая стек вызовов и значения переменных.

В CPS каждая функция получает дополнительный аргумент, обычно называемый «cont» или «k», который представляет собой продолжение программы — то, что должно произойти после того, как функция завершит свои вычисления. Когда функция вычислила свой результат, она «возвращает» этот результат, передавая его продолжению, вместо того, чтобы возвращать его обычным способом.

Эту концепцию можно рассматривать как способ сделать поток управления явным: вместо неявной передачи управления вызывающему объекту после его завершения, CPS-функция передает управление, вызывая продолжение.

Структура стиля продолжения передачи (CPS)

Согласно традиционному соглашению о вызове функций, когда функция вызывается, она выполняется и возвращает управление вызывающей стороне с возвращаемым значением. Однако в стиле передачи продолжения управление передается явно через параметр функции, часто называемый «продолжением».

Продолжение представляет остальную часть вычислений. То есть, когда функция получает продолжение, она выполняет некоторые операции, а затем передает результат полученному продолжению. Таким образом, в стиле передачи продолжения возврат никогда не выполняется неявно.

Типичная функция CPS на псевдоязыке может выглядеть так:

CSSСкопировать код
function add(a, b, continuation) {
    result = a + b;
    continuation(result);
}

Эта функция «добавить» выполняет операцию сложения, а затем передает результат продолжению.

Ключевые особенности стиля продолжения передачи (CPS)

1. Явный поток управления: В CPS поток управления является явным. Здесь нет скрытой трассировки стека, и вы можете четко видеть порядок выполнения в коде.

2. Гибкость: поскольку CPS отделяет вычисления от потока управления, это дает больше гибкости в управлении потоком управления.

3. Неблокирующие операции: CPS очень полезен при управлении неблокирующими или асинхронными операциями. Его можно использовать, чтобы избежать ада обратных вызовов и управлять сложными сценариями потока управления в неблокирующем коде.

4. Оптимизация хвостового вызова: Языки, поддерживающие оптимизацию хвостовых вызовов, могут получить выгоду от CPS, поскольку он преобразует все вызовы в хвостовые вызовы, что может быть более эффективным с точки зрения использования памяти.

Типы стиля продолжения передачи (CPS)

В основном существуют два типа продолжений: прямой стиль и стиль продолжения-передачи. Ниже приведено сравнение между ними:

Использование, проблемы и решения

CPS находит свое применение в основном в функциональных языках программирования и при управлении асинхронными операциями.

1. Асинхронный JavaScript: JavaScript, особенно в Node.js, использует CPS для управления асинхронными неблокирующими операциями. Обратные вызовы в JavaScript являются примерами CPS.

2. Функциональное программирование: Такие языки, как Scheme и Haskell, используют CPS для обработки структур управления, таких как циклы и обработка исключений.

Однако CPS может привести к некоторым проблемам:

• Читабельность: CPS иногда может привести к созданию кода, который трудно читать и понимать из-за ада обратных вызовов, особенно если имеется много вложенных обратных вызовов.
• Эффективность: Преобразование CPS потенциально может увеличить размер кода из-за дополнительных параметров и вызовов функций.

Решениями этих проблем являются:

• Использовать Обещания или асинхронный/ожидание в JavaScript, чтобы избежать ада обратных вызовов и улучшить читаемость.
• Использование языков программирования, поддерживающих оптимизацию хвостовых вызовов, может снизить проблемы эффективности.

Сравнения

Вот сравнение CPS с другими парадигмами программирования:

Будущие перспективы

CPS продолжает играть важную роль в структурировании асинхронного кода, особенно в JavaScript. Введение async/await, которое является синтаксическим сахаром над Promises, можно рассматривать как развитие традиционного CPS, обеспечивающее лучший синтаксис и позволяющее избежать ада обратных вызовов.

Поскольку веб-приложения и серверные приложения становятся более сложными, а параллелизм становится более важным, CPS и другие парадигмы асинхронного программирования, вероятно, станут еще более важными. Продолжаются исследования по улучшению языков программирования и систем времени выполнения для лучшей поддержки этих парадигм.

Прокси-серверы и CPS

Прокси-серверы выступают в качестве посредников для запросов от клиентов, ищущих ресурсы с других серверов. При обработке одновременных клиентских запросов прокси-сервер может использовать CPS или аналогичные парадигмы асинхронного программирования для управления этими запросами без блокировки, тем самым улучшая пропускную способность и производительность.

Ссылки по теме

1. Стиль продолжения прохождения в Википедии
2. Искусство продолжателя
3. История Haskell: лень с классами