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作者：陆艺
上学时看了SICP之后就对scheme这个看上去比较古怪的语言产生了兴趣. 虽然书里并没有涉及scheme太多语法以及语言上特性的一些东西, 作为一个喜欢折腾的人, 手贱翻了翻Google, 了解到有continuation这样一个吊吊的东西, 于是借着有限的脑力学习了下.
基本概念
continuation的中文一般都叫做"续延"(还蛮好听的), 不过解释起来比较麻烦, 还是结合代码来看更好理解一点.
首先scheme里的continuation(太长了, 下文缩写为cont吧)的基本形式是长这个样子的:
(call/cc (lambda (cc) ; do some computation) )
call/cc是call-with-current-continuation的缩写, lambda的参数cc就是当前环境的一个cont, 可以理解为当前的调用栈, 它知道自己未来需要执行的过程. 那么怎么表示"未来的计算"这样一个概念呢? 在编程语言中自然就是函数了, 而在scheme中就是过程(procedure), 更一般的就用lambda来表示. cc就是这样一个只接受一个参数的lambda, 而调用(cc val)则是整个cont动作的关键----它将流程跳回cont定义的位置, 并以val代换为其计算出的结果.
来暴力理解一下, 把(call/cc ..) (rest code..)看做这样一个结构[] (rest code ..), 在(cc val)的时候直接回到了[]的地方, 并将其替换为了val.
看一个简单(似乎不是特别简单)的例子:
(+ 1 (call/cc) (lambda (cc) (+ 2 (cc 3))) )
一步步来:
整个block可以看做
(+ 1 [])再看
[]内部:(lambda (cc) (+ 2 (cc 3))), 这个lambda的body是会被执行的(cc 3)以3为参数调用cont, 则跳转到其定义的地方[]将其替换最后变为
(+ 1 3), 结果为4(+ 2 ..)的部分并没有luan3用 :P
基本用法
Jump out
这个用法有个名字叫"非本地退出(non-local exit)", 说白了就是现代编程语言里break啦, exit啦这些东西.
scheme没有这些关键字
scheme觉得它们不够old-school
scheme决定这么搞
(define (search wanted? lst) (call/cc (lambda (return) (for-each (lambda (e) (if (wanted? e) (return e))) lst) #f ) ) )
功能很直白, 从一个list里找到符合条件的元素, 不存在就返回#f. return的用法是直接从for-each的循环中跳出了. 这里最后的#f可不可以写成(return #f)? 当然可以, 不过整个lambda都计算完了, 自然是返回最后一个计算值, 所以可以直接省略啦.
另一个例子
(define (list-product list) (call/cc (lambda (exit) (let iter ((rest lst)) (cond ((null? rest) 1) ((zero? (car rest)) (exit 0)) (else (* (car rest) (iter (cdr rest)))) ) ) ) ) )
对一个list完成fold计算乘积的操作, 中途如果遇到0则立即退出, 避免了不必要的遍历.
Jump back
在scheme里, cont和lambda一样都是一等公民, 它自然也可以被当做参数抛来抛去, 或者跟其他变量进行绑定.
(define return #f)(+ 1 (call/cc (lambda (cont) (set! return cont) 1) ) )
老样子一步一步看:
全局定义一个
return(绑定啥值无所谓)替换cont形式:
(+ 1 [])在lambda body中,
return与cont[]绑定!1作为返回值, 则
(+ 1 [])结果为2
然而并没有结束, 此时return本身已经作为一个"+1器"存在了, 它代表的cont即(+ 1 []), 每次调用(return v)便会得到v + 1.
Jump out and Jump back
看到这里, 可以感觉到cont是能作为程序流控制的手段的, 用来完成一些比较时髦的动作, 比如大家都喜欢的协程 :P
所以接下来看一个模拟协程计算的较复杂的例子:
(define (hefty-computation do-other-stuff) ; 主要复杂计算
(let loop ((n 5))
(display "Hefty computation: ")(display n)(newline)
(set! do-other-stuff (call/cc do-other-stuff)) ; (1)
(display "Hefty computation (b)\n")
(set! do-other-stuff (call/cc do-other-stuff)) ; (3)
(display "Hefty computation (c)\n")
(set! do-other-stuff (call/cc do-other-stuff))
(if (> n 0) (loop (- n 1)))
)
)
(define (superfluous-computation do-other-stuff) ; 次要计算
(let loop ()
(for-each (lambda (item)
(display item)(newline)
(set! do-other-stuff (call/cc do-other-stuff))) ; (2)
'("Straight up." "Quarter after." "Half past." "Quarter til.")
)
(loop) ; this trigger inf loop
)
)
(hefty-computation superfluous-computation)
为了大家(我自己)能简单的看懂, 我们走的慢一些:
分别定义了两个过程: 主要计算和次要计算; 以调用主要计算开始, 参数为次要计算本身
开始主要计算, 进入loop(第一次), 打印"Hefty computation: 5"
(1)处
call/cc以次要计算为参数, 结合后者定义, 则有(为了方便, 分别记两个两个过程的参数为do1和do2):主要计算产生第一个cont,
(set! do1 []-1)开始次要计算, 参数do2为上一步的
[]-1, 进入loop(第一次), for-each打印列表中第一个"Straight up."到达(2)
(call/cc do2), 此时次要计算产生一个cont, 记为[]-2, 同时完成do2也就是[]-1的计算, 流程回到了(1), 且将do1绑定到了[]-2从(1)后继续主要计算, 打印"Hefty computation (b)"
主要计算(3)处产生第二个cont
[]-3, 形式和上次一样; 由于参数do1实际上是[]-2, 则:跳转到
[]-2即(2)处继续执行, 此时set!将[]-2的返回值即[]-3绑定到do2for-each的第二个循环打印"Quarter after."
流程又到(2)处,
(call/cc []-3), 并产生当前的cont[]-4, 作为[]-3的参数; 执行[]-3的计算, 于是又回到了(3)处do1绑定为
[]-4, 且打印"Hefty computation (c)"接下来的过程类似上面, 即不断的在主要计算和次要计算之间跳来跳去(和协程的切换是一样的)
看上去似乎有点晕, 总结一下这个用法的关键在于:
(call/cc cc)实际上是将当前的cont作为参数contcc的结果, 然后通过执行cc跳转到cont创建时的地方; 之后通过set!将之前的cont(即cc的结果)保存下来, 然后再次通过(call/cc cont)跳回去, 如此往复.
最后一个例子
(let* ((yin ((lambda (cc) (write-char #\@) cc) ; proc (call/cc (lambda (c) c)))) ; arg (yang ((lambda (cc) (write-char #\*) cc) ; proc (call/cc (lambda (c) c))))) ; arg (yin yang) )
这是网上流传很久的yin-yang puzzle, 程序会不停的交替打印"@*@**@***@ ...". 这个例子大家可以尝试自己拿纸笔推一下(虽然过程特别的绕, 但是通过不断代换的笨办法还是可以一战的), 或者可以看一下这个解答就比较好理解了, stay calm :P
时至今日我仍然没有完整的学完scheme.. 这里也只是简单的介绍了下自己对continuation及用法的基本理解, 欢迎各位大大多加指正.
ref:
http://geek-zh.net/cps-and-call-cc/
http://www.ituring.com.cn/article/53793
http://community.schemewiki.org/?call-with-current-continuation
http://stackoverflow.com/questions/2694679/how-does-the-yin-yang-puzzle-work/36513942#36513942
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