รูปแบบการส่งบอลต่อเนื่อง (CPS)

รูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS) เป็นวิธีการจัดการโฟลว์การควบคุมในการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการส่งผ่านการควบคุมอย่างชัดเจนผ่านพารามิเตอร์ฟังก์ชัน

วิวัฒนาการของรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS)

ต้นกำเนิดของรูปแบบการส่งต่อต่อเนื่องสามารถสืบย้อนไปถึงการพัฒนาวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี และแนวคิดเรื่องความต่อเนื่องนั้นมีรากฐานมาจากแคลคูลัสแลมบ์ดา การกล่าวถึงอย่างชัดเจนครั้งแรกของ "รูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง" เป็นวลีและการใช้งานในทางปฏิบัติได้รับการแนะนำโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ Christopher Strachey ในทศวรรษ 1960 ในช่วงเวลานี้เองที่เขาและเพื่อนร่วมงานกำลังสำรวจความหมายเชิง denotational ซึ่งเป็นกรอบในการกำหนดความหมายของภาษาการเขียนโปรแกรม

การเปิดเผยรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS)

รูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS) เป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดโปรแกรมที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานต่อเนื่องอย่างชัดเจน ความต่อเนื่องคือการแสดงสถานะของโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ณ จุดหนึ่งของเวลา รวมถึง call stack และค่าของตัวแปร

ใน CPS ทุกฟังก์ชันจะได้รับอาร์กิวเมนต์เพิ่มเติม ซึ่งโดยทั่วไปจะมีชื่อว่า "cont" หรือ "k" ซึ่งแสดงถึงความต่อเนื่องของโปรแกรม—สิ่งที่จะเกิดขึ้นหลังจากฟังก์ชันคำนวณเสร็จสิ้น เมื่อฟังก์ชันคำนวณผลลัพธ์แล้ว มันจะ "ส่งคืน" ผลลัพธ์นี้โดยส่งต่อไปยังผลต่อเนื่อง แทนที่จะส่งคืนในลักษณะปกติ

แนวคิดนี้สามารถมองเห็นได้ว่าเป็นวิธีการหนึ่งในการทำให้โฟลว์การควบคุมชัดเจน: แทนที่จะส่งการควบคุมโดยปริยายไปยังผู้เรียกเมื่อเสร็จสิ้น ฟังก์ชัน CPS จะผ่านการควบคุมโดยการเรียกความต่อเนื่อง

โครงสร้างรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS)

ในรูปแบบการเรียกฟังก์ชันแบบดั้งเดิม เมื่อเรียกใช้ฟังก์ชัน ฟังก์ชันจะประมวลผลและส่งกลับการควบคุมไปยังผู้เรียกพร้อมกับค่าที่ส่งคืน อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง การควบคุมจะถูกส่งผ่านอย่างชัดเจนผ่านพารามิเตอร์ฟังก์ชัน ซึ่งมักเรียกว่า "การต่อเนื่อง"

ความต่อเนื่องแสดงถึงส่วนที่เหลือของการคำนวณ นั่นคือเมื่อฟังก์ชันได้รับความต่อเนื่อง ฟังก์ชันจะดำเนินการบางอย่างแล้วส่งผลลัพธ์ไปยังความต่อเนื่องที่ได้รับ ดังนั้นในรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง การส่งคืนจะไม่ดำเนินการโดยปริยาย

ฟังก์ชัน CPS ทั่วไปในภาษาหลอกอาจมีลักษณะดังนี้:

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

ฟังก์ชัน "เพิ่ม" นี้ดำเนินการบวกแล้วส่งผลลัพธ์ไปยังการดำเนินการต่อ

คุณสมบัติที่สำคัญของรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS)

1. กระแสการควบคุมที่ชัดเจน: ใน CPS ขั้นตอนการควบคุมมีความชัดเจน ไม่มีการติดตามสแต็กที่ซ่อนอยู่ และคุณสามารถเห็นลำดับการดำเนินการได้อย่างชัดเจนในโค้ด

2. ความยืดหยุ่น: เนื่องจาก CPS แยกการคำนวณออกจากโฟลว์การควบคุม จึงทำให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการจัดการโฟลว์การควบคุม

3. การดำเนินการที่ไม่ปิดกั้น: CPS มีประโยชน์มากในการจัดการการดำเนินการที่ไม่บล็อกหรืออะซิงโครนัส สามารถใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการโทรกลับนรกและจัดการสถานการณ์โฟลว์การควบคุมที่ซับซ้อนในโค้ดที่ไม่บล็อก

4. การเพิ่มประสิทธิภาพการโทรหาง: ภาษาที่รองรับการเพิ่มประสิทธิภาพการโทรหางจะได้รับประโยชน์จาก CPS เนื่องจากจะเปลี่ยนการโทรทั้งหมดเป็นการเรียกหาง ซึ่งสามารถมีประสิทธิภาพมากขึ้นในแง่ของการใช้หน่วยความจำ

ประเภทของรูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่อง (CPS)

ส่วนใหญ่มีสองประเภทต่อเนื่องคือ สไตล์โดยตรง และ สไตล์การส่งบอลต่อเนื่อง- ด้านล่างเป็นการเปรียบเทียบระหว่างทั้งสอง:

การใช้งาน ปัญหา และแนวทางแก้ไข

CPS พบว่าการใช้งานส่วนใหญ่เป็นภาษาโปรแกรมเชิงฟังก์ชันและในการจัดการการดำเนินการแบบอะซิงโครนัส

1. จาวาสคริปต์แบบอะซิงโครนัส: JavaScript โดยเฉพาะใน Node.js ใช้ CPS เพื่อจัดการการดำเนินการแบบไม่บล็อกแบบอะซิงโครนัส การโทรกลับใน JavaScript เป็นตัวอย่างของ CPS

2. การเขียนโปรแกรมเชิงฟังก์ชัน: ภาษาเช่น Scheme และ Haskell ใช้ CPS เพื่อจัดการโครงสร้างการควบคุม เช่น ลูปและการจัดการข้อยกเว้น

อย่างไรก็ตาม CPS อาจทำให้เกิดปัญหาบางประการได้:

• ความสามารถในการอ่าน: CPS บางครั้งอาจนำไปสู่โค้ดที่อ่านและเข้าใจยากเนื่องจาก callback hell โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการเรียกกลับแบบซ้อนจำนวนมาก
• ประสิทธิภาพ: การแปลง CPS อาจเพิ่มขนาดของโค้ดได้เนื่องจากมีพารามิเตอร์พิเศษและการเรียกใช้ฟังก์ชัน

แนวทางแก้ไขปัญหาเหล่านี้คือ:

• ใช้ สัญญา หรือ อะซิงก์/รอ ใน JavaScript เพื่อหลีกเลี่ยงการโทรกลับนรกและปรับปรุงความสามารถในการอ่าน
• การใช้ภาษาการเขียนโปรแกรมที่รองรับการเพิ่มประสิทธิภาพการโทรแบบหางสามารถลดข้อกังวลด้านประสิทธิภาพได้

การเปรียบเทียบ

นี่คือการเปรียบเทียบ CPS กับกระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมอื่นๆ:

มุมมองในอนาคต

CPS ยังคงมีบทบาทสำคัญในการวางโครงสร้างโค้ดอะซิงโครนัส โดยเฉพาะใน JavaScript การแนะนำ async/await ซึ่งเป็นวากยสัมพันธ์เหนือ Promises ถือได้ว่าเป็นการพัฒนาเหนือ CPS แบบดั้งเดิม โดยให้ไวยากรณ์ที่ดีกว่า และหลีกเลี่ยงการเรียกกลับนรก

เนื่องจากแอปพลิเคชันบนเว็บและเซิร์ฟเวอร์มีความซับซ้อนมากขึ้นและการทำงานพร้อมกันมีความสำคัญมากขึ้น CPS และกระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัสอื่นๆ จึงมีแนวโน้มที่จะมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น มีการวิจัยอย่างต่อเนื่องในการปรับปรุงภาษาการเขียนโปรแกรมและระบบรันไทม์เพื่อรองรับกระบวนทัศน์เหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้น

พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์และ CPS

พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์ทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำหรับการร้องขอจากไคลเอนต์ที่ค้นหาทรัพยากรจากเซิร์ฟเวอร์อื่น เมื่อจัดการคำขอไคลเอ็นต์พร้อมกัน พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์อาจใช้ CPS หรือกระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมแบบอะซิงโครนัสที่คล้ายกันเพื่อจัดการคำขอเหล่านี้โดยไม่บล็อก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงปริมาณงานและประสิทธิภาพ

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง

1. รูปแบบการส่งผ่านต่อเนื่องบนวิกิพีเดีย
2. ศิลปะแห่งความต่อเนื่อง
3. ประวัติความเป็นมาของ Haskell: การขี้เกียจในชั้นเรียน