Kiểu truyền tiếp tục (CPS)

Kiểu chuyển tiếp tục (CPS) là một phương pháp xử lý luồng điều khiển trong lập trình máy tính liên quan đến việc chuyển điều khiển một cách rõ ràng thông qua một tham số hàm.

Sự phát triển của phong cách chuyển tiếp liên tục (CPS)

Nguồn gốc của phong cách chuyển tiếp liên tục có thể bắt nguồn từ sự phát triển của khoa học máy tính lý thuyết và bản thân khái niệm về chuyển tiếp có nguồn gốc từ phép tính lambda. Việc đề cập rõ ràng đầu tiên về “Phong cách chuyển tiếp liên tục” như một cụm từ và cách sử dụng nó trong thực tế đã được nhà khoa học máy tính Christopher Strachey giới thiệu vào những năm 1960. Trong thời kỳ này, ông và các đồng nghiệp đang khám phá ngữ nghĩa biểu thị, một khuôn khổ để xác định ý nghĩa của ngôn ngữ lập trình.

Mở ra Phong cách chuyển tiếp liên tục (CPS)

Kiểu chuyển tiếp liên tục (CPS) là một hình thức tổ chức chương trình liên quan đến việc sử dụng rõ ràng các phần tiếp theo. Phần tiếp theo là sự thể hiện trạng thái của chương trình máy tính tại một thời điểm nhất định, bao gồm ngăn xếp cuộc gọi và giá trị của các biến.

Trong CPS, mọi hàm đều nhận được một đối số bổ sung, thường được đặt tên là “cont” hoặc “k”, thể hiện sự tiếp tục của chương trình—điều gì sẽ xảy ra sau khi hàm kết thúc tính toán của nó. Khi hàm đã tính xong kết quả của nó, nó “trả về” kết quả này bằng cách chuyển nó sang phần tiếp theo, thay vì trả về theo cách thông thường.

Khái niệm này có thể được coi là một cách làm cho luồng điều khiển trở nên rõ ràng: thay vì ngầm chuyển điều khiển cho người gọi khi nó kết thúc, hàm CPS sẽ chuyển điều khiển bằng cách gọi phần tiếp theo.

Cấu trúc của phong cách chuyển tiếp (CPS)

Trong quy ước gọi hàm truyền thống, khi một hàm được gọi, nó sẽ thực thi và trả về quyền điều khiển cho người gọi với giá trị trả về. Tuy nhiên, theo kiểu chuyển tiếp tục, điều khiển được chuyển rõ ràng thông qua một tham số hàm, thường được gọi là “tiếp tục”.

Sự tiếp tục đại diện cho phần còn lại của tính toán. Nghĩa là, khi một hàm nhận được phần tiếp theo, nó sẽ thực hiện một số thao tác và sau đó chuyển kết quả cho phần tiếp theo đã nhận. Do đó, theo kiểu chuyển tiếp tục, việc trả về không bao giờ được thực hiện một cách ngầm định.

Hàm CPS điển hình trong ngôn ngữ giả có thể trông giống như:

cssSao chép mã
function add(a, b, continuation) {
    result = a + b;
    continuation(result);
}

Hàm “thêm” này thực hiện một thao tác cộng và sau đó chuyển kết quả sang phần tiếp theo.

Các tính năng chính của Kiểu chuyển tiếp (CPS)

1. Luồng điều khiển rõ ràng: Trong CPS, luồng điều khiển rất rõ ràng. Không có dấu vết ngăn xếp ẩn và bạn có thể thấy rõ thứ tự thực hiện trong mã.

2. Uyển chuyển: Vì CPS tách riêng tính toán khỏi luồng điều khiển nên nó mang lại sự linh hoạt hơn trong việc điều khiển luồng điều khiển.

3. Hoạt động không chặn: CPS rất hữu ích trong việc quản lý các hoạt động không chặn hoặc không đồng bộ. Nó có thể được sử dụng để tránh tình trạng gọi lại và quản lý các tình huống luồng điều khiển phức tạp trong mã không chặn.

4. Tối ưu hóa cuộc gọi đuôi: Các ngôn ngữ hỗ trợ tối ưu hóa lệnh gọi đuôi có thể được hưởng lợi từ CPS vì nó chuyển đổi tất cả các lệnh gọi thành lệnh gọi đuôi, điều này có thể hiệu quả hơn về mặt sử dụng bộ nhớ.

Các loại kiểu chuyển tiếp tục (CPS)

Chủ yếu có hai loại tiếp theo, phong cách trực tiếp Và phong cách tiếp tục chuyển tiếp. Dưới đây là một so sánh giữa hai:

Cách sử dụng, vấn đề và giải pháp

CPS được sử dụng chủ yếu trong các ngôn ngữ lập trình hàm và quản lý các hoạt động không đồng bộ.

1. JavaScript không đồng bộ: JavaScript, đặc biệt là trong Node.js, sử dụng CPS để quản lý các hoạt động không chặn không đồng bộ. Lệnh gọi lại trong JavaScript là ví dụ về CPS.

2. Lập trình chức năng: Các ngôn ngữ như Đề án và Haskell sử dụng CPS để xử lý các cấu trúc điều khiển như vòng lặp và xử lý ngoại lệ.

Tuy nhiên, CPS có thể dẫn đến một số vấn đề:

• Khả năng đọc: CPS đôi khi có thể dẫn đến mã khó đọc và khó hiểu do quá nhiều lệnh gọi lại, đặc biệt nếu có nhiều lệnh gọi lại lồng nhau.
• Hiệu quả: Chuyển đổi CPS có khả năng tăng kích thước mã do có thêm tham số và lệnh gọi hàm.

Giải pháp cho những vấn đề này là:

• Sử dụng Lời hứa hoặc không đồng bộ/đang chờ trong JavaScript để tránh tình trạng gọi lại và cải thiện khả năng đọc.
• Sử dụng các ngôn ngữ lập trình hỗ trợ tối ưu hóa cuộc gọi đuôi có thể giảm thiểu những lo ngại về hiệu quả.

So sánh

Dưới đây là so sánh CPS với các mô hình lập trình khác:

Triển vọng tương lai

CPS tiếp tục đóng một vai trò thiết yếu trong việc cấu trúc mã không đồng bộ, đặc biệt là trong JavaScript. Việc giới thiệu async/await, một cú pháp đơn giản hơn so với Promises, có thể được coi là một sự phát triển so với CPS truyền thống, cung cấp cú pháp tốt hơn và tránh được tình trạng gọi lại khó khăn.

Khi các ứng dụng web và máy chủ trở nên phức tạp hơn và tính đồng thời trở nên quan trọng hơn, CPS và các mô hình lập trình không đồng bộ khác có thể sẽ càng trở nên quan trọng hơn. Hiện đang có nghiên cứu nhằm cải thiện ngôn ngữ lập trình và hệ thống thời gian chạy để hỗ trợ tốt hơn cho các mô hình này.

Máy chủ proxy và CPS

Máy chủ proxy hoạt động như một trung gian cho các yêu cầu từ khách hàng đang tìm kiếm tài nguyên từ các máy chủ khác. Khi xử lý các yêu cầu đồng thời của máy khách, máy chủ proxy có thể sử dụng CPS hoặc các mô hình lập trình không đồng bộ tương tự để quản lý các yêu cầu này mà không bị chặn, do đó cải thiện thông lượng và hiệu suất.

Liên kết liên quan

1. Kiểu truyền tiếp tục trên Wikipedia
2. Nghệ thuật của người tiếp tục
3. Lịch sử của Haskell: Lười biếng trong lớp học