Стиль передачі продовження (CPS)

Стиль передачі продовження (CPS) — це метод обробки потоку керування в комп’ютерному програмуванні, який передбачає явну передачу керування через параметр функції.

Еволюція стилю передачі продовження (CPS)

Витоки стилю передачі продовжень можна простежити до розвитку теоретичної інформатики, а сама концепція продовжень сягає корінням у лямбда-числення. Першу явну згадку про «стиль передачі продовження» як фразу та її використання на практиці було представлено комп’ютерним науковцем Крістофером Стрейчі в 1960-х роках. Саме в цей період він і його колеги досліджували денотаційну семантику, основу для визначення значень мов програмування.

Розгортання стилю продовження передачі (CPS)

Стиль передачі продовження (CPS) — це форма організації програми, яка передбачає явне використання продовжень. Продовження — це представлення стану комп’ютерної програми в певний момент часу, включаючи стек викликів і значення змінних.

У CPS кожна функція отримує додатковий аргумент, який зазвичай називається «cont» або «k», який представляє продовження програми — те, що має статися після завершення обчислення функції. Коли функція обчислила свій результат, вона «повертає» цей результат, передаючи його в продовження, замість того, щоб повертати його звичайним способом.

Цю концепцію можна розглядати як спосіб зробити потік керування явним: замість того, щоб неявно передавати керування абоненту, коли він закінчується, CPS-функція передає керування, викликаючи продовження.

Структура стилю передачі продовження (CPS)

У традиційній угоді про виклики функцій, коли функція викликається, вона виконується та повертає керування викликаючому із значенням, що повертається. Однак у стилі передачі продовження керування передається явно через параметр функції, який часто називають «продовженням».

Продовження представляє решту обчислень. Тобто, коли функція отримує продовження, вона виконує деякі операції, а потім передає результат отриманому продовженню. Таким чином, у стилі передачі продовження повернення ніколи не виконується неявно.

Типова функція CPS на псевдомові може виглядати так:

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

Ця функція «додавання» виконує операцію додавання, а потім передає результат до продовження.

Ключові особливості стилю передачі продовження (CPS)

1. Явний потік керування: у CPS потік керування є явним. Немає прихованої траси стека, і ви можете чітко бачити порядок виконання в коді.

2. Гнучкість: Оскільки CPS відокремлює обчислення від потоку керування, це дає більше гнучкості для маніпулювання потоком керування.

3. Неблокуючі операції: CPS дуже корисний для керування неблокуючими або асинхронними операціями. Його можна використовувати, щоб уникнути пекла зворотного виклику та керувати складними сценаріями потоку керування в неблокуючому коді.

4. Оптимізація хвостового виклику: Мови, які підтримують оптимізацію кінцевих викликів, можуть отримати вигоду від CPS, оскільки він перетворює всі виклики на кінцеві виклики, що може бути більш ефективним з точки зору використання пам’яті.

Типи стилю передачі продовження (CPS)

В основному є два типи продовжень, прямий стиль і продовження-перепускний стиль. Нижче наведено порівняння між ними:

Використання, проблеми та рішення

CPS знаходить своє використання переважно у функціональних мовах програмування та в управлінні асинхронними операціями.

1. Асинхронний JavaScript: JavaScript, особливо в Node.js, використовує CPS для керування асинхронними неблокуючими операціями. Зворотні виклики в JavaScript є прикладами CPS.

2. Функціональне програмування: Такі мови, як Scheme і Haskell, використовують CPS для обробки керуючих структур, таких як цикли та обробка винятків.

Однак CPS може призвести до деяких проблем:

• Читабельність: CPS іноді може призвести до коду, який важко прочитати та зрозуміти через пекло зворотних викликів, особливо якщо є багато вкладених зворотних викликів.
• Ефективність: перетворення CPS потенційно може збільшити розмір коду через додаткові параметри та виклики функцій.

Рішення цих проблем:

• використання Обіцянки або async/чекати у JavaScript, щоб уникнути пекла зворотного виклику та покращити читабельність.
• Використання мов програмування, які підтримують оптимізацію кінцевих викликів, може зменшити проблеми з ефективністю.

Порівняння

Ось порівняння CPS з іншими парадигмами програмування:

Майбутні перспективи

CPS продовжує відігравати важливу роль у структуруванні асинхронного коду, особливо в JavaScript. Введення async/await, який є синтаксичним цукром над Promises, можна розглядати як розвиток у порівнянні з традиційним CPS, забезпечуючи кращий синтаксис і уникаючи пекла зворотного виклику.

У міру того, як веб-додатки та серверні програми стають більш складними, а паралелізм стає більш важливим, CPS та інші парадигми асинхронного програмування, ймовірно, стануть ще більш важливими. Тривають дослідження щодо вдосконалення мов програмування та систем виконання для кращої підтримки цих парадигм.

Проксі-сервери та CPS

Проксі-сервери діють як посередники для запитів від клієнтів, які шукають ресурси з інших серверів. Під час обробки одночасних клієнтських запитів проксі-сервер може використовувати CPS або подібні парадигми асинхронного програмування для керування цими запитами без блокування, таким чином покращуючи пропускну здатність і продуктивність.

Пов'язані посилання

1. Стиль передачі продовження у Вікіпедії
2. Мистецтво продовжувача
3. Історія Haskell: бути лінивим із заняттями