栈溢出与递归优化

关于栈溢出错误

函数调用会在内存形成一个 调用记录,又称 调用帧(call frame),保存调用位置和内部变量等信息,所有的调用帧存放在调用堆栈中。

在函数中调用函数会保存之前的调用栈数据,将新的调用帧入栈。

栈溢出错误常见于递归操作,函数不断地重复调用自身导致调用堆栈不断堆叠,在超出浏览器限制的调用堆栈大小时抛出栈溢出错误 Uncaught RangeError: Maximum call stack size exceeded

递归优化

以阶乘函数为例:

function factorial(n) {
  if (n === 1) return 1;
  return n * factorial(n - 1); // 返回了一个函数调用与变量的表达式
}

尾递归

此方案大部分浏览器不支持。

尾递归的优化方式依赖于 ES尾调用优化 方案。

尾调用就是指某个函数的最后一步是调用另一个函数,由于这是当前函数的最后一步操作,所以不需要保留外层函数的调用帧,因为调用位置、内部变量等信息都不会再用到了,只要直接用内层函数的调用帧,取代外层函数的调用帧就可以了。

尾递归方式改写:

function factorial(n, total = 1) {
  if (n === 1) return total; // total为计算值也是最后的返回值
  return factorial(n - 1, n * total); // 返回了一个函数调用
}

自己实现尾递归

浏览器对尾递归的支持性并不好,想在正常环境下使用尾递归优化就需要自己实现尾递归。

原理:使用 循环 替换 递归

  1. 改写递归函数,让递归函数每次返回一个新函数。
  2. 添加一个新的 蹦床函数,用来执行递归函数返回的函数。

这里改写后就变成了每次执行函数就返回一个新函数,然后执行该函数,而不是在函数里面调用函数,这样就避免了递归执行,从而就消除了调用栈过大的问题。

迭代方式改写:

function trampoline(f) {
  while (f && f instanceof Function) {
    f = f();
  }
  return f;
}

function factorial(n, total = 1) {
  if (n === 1) return total; // total为计算值也是最后的返回值
  return factorial.bind(null, n - 1, n * total); // 返回了一个函数调用
}

trampoline(factorial(20000));

使用缓存&分批迭代

当递归函数被多次调用时,它其实做了很多重复的工作:

var fact6 = factorial(6);
var fact5 = factorial(5);
var fact4 = factorial(4);

以上代码生成三个阶乘结果,factorial() 函数总共被调用了 18 次。此代码中最糟糕的部分是,所有必要的计算已经在第一行代码中执行过了。

因为 6 的阶乘等于 6 乘以 5 的阶乘,所以 5 的阶乘被计算了两次。更糟糕的是,4 的阶乘被计算了三次。

更为明智的方法是保存并重利用它们的计算结果,而不是每次都重新计算整个函数。

function factorial(n) {
  if (!factorial.cache) {
    factorial.cache = {
      0: 1,
      1: 1,
    };
  }
  if (!factorial.cache.hasOwnProperty(n)) {
    factorial.cache[n] = n * factorial(n - 1);
  }
  return factorial.cache[n];
}

在使用缓存之后递归操作遇到已计算过的值时直接读缓存,不会重新调用函数计算,也就不会产生新的调用帧。

比如直接调用 factorial(1000000) 会导致栈溢出,那么只要先缓存小于 1000000 数值阶乘的缓存值,再调用 factorial(1000000) 就不会栈溢出了。

function splitFactorial(n) {
  // 不会导致栈溢出的执行次数
  let securityCount = 100;
  // 需要执行多少次才能执行完毕
  let loopAmount = Math.ceil(n / securityCount);
  // 少执行一次,余数必然少于securityCount,直接在最后return即可
  for (i = 1; i < loopAmount; i++) {
    factorial(i * securityCount);
  }
  return factorial(n);
}

splitFactorial(1000000)

参考

尾递归优化的实现

高性能 JavaScript 编程

你可能感兴趣的:(javascript,递归算法)