Question

caml.inria.fr网站上的这篇文章A C++/Java programmer's introduction to Objective Caml说......

与C ++和Java相反，O'Caml [sic]中的递归与迭代一样有效

对于类似于阶乘的东西，似乎带有可变变量的循环比递归调用所涉及的堆栈操作更有效。

OCaml真的有一种机制使递归比C ++和Java更有效吗？

Answer 1

是的，在某些情况下。它被称为尾调用优化。例如，采用以下C-ish因子函数：

int factorial(int n) 
{
        if (n < = 1)
                return 1;
        else
                return n * factorial(n – 1);
}

在“展开”备份以获得结果之前，此函数深入调用堆栈n级。以下是OCaml等价物：

let factorial n = if n <= 1 then 1 else n * factorial (n - 1)

实际上，上面的代码也将深入到调用堆栈中，就像上面的C-ish代码一样。这是C-ish函数，它实现了相同但循环：

int factorial(int n)
{
        int ret = 1;
        for (; n > 1; n--)
                ret *= n;
        return ret;
}

当然，这个函数可以被调用任意次，而不会溢出堆栈（即使你很快就会溢出32位int）。实际上可以在OCaml中编写同义函数。现在，OCaml的版本将再次使用递归。但是，如果我们在第一个函数中添加“accumulator”参数，则可以将其重写为：

let factorial acc n = if n <= 1 then acc else factorial (acc * n) (n – 1)

acc参数可以被认为是“累积”所有先前对factorial的递归调用的结果。关键的效果是上面的表达式“n * factorial（n-1）”变形为下面的表达式“factorial（acc * n）（n-1）”。在第二个表达式中，对factorial的递归调用是表达式的顶级，这意味着不需要执行额外的操作来获取函数的返回值。第一个表达式不是这样，其中顶级操作是n - 1的阶乘结果与n的乘积。当递归函数调用是顶级表达式时，它被认为是“尾调用”，编译器可以并且将其优化为有效的循环。在第一个函数上调用“factorial 2000000”将（可能）导致堆栈溢出，但在第二个函数上调用“factorial 1 2000000”将不会。此外，您可能会发现第二个OCaml函数在性能方面与C等效函数相当（可能稍慢，但不是数量级或任何其他）。

顺便说一句，你可能会问自己，“但是，尾部递归函数有一个不必要的额外'acc'参数，当用户最初调用时应该始终为1，这不是很笨拙吗？”是的，是的是。通过将尾递归函数嵌套到“包装器”函数中可以很容易地解决这个问题，该函数使用正确的初始累积值调用它，如下所示：

let factorial n =
    let loop acc n' = if n' <= 1 then acc else loop (acc * n') (n' – 1) in
    loop 1 n

在这里，我将上面的尾递归因子函数重命名为“loop”并将其嵌套在一个函数中，然后使用正确的初始累加器1来调用它。

通常情况下，可以使用标准库中的高阶函数替换这些尾递归模式，例如List.fold，但并非总是如此。

Answer 2

该语言的函数式编程结构可能使编译器更容易识别和优化递归。

请参阅：http://ocaml.org/learn/tutorials/if_statements_loops_and_recursion.html

If you write your code recursively instead of iteratively then you necessarily run out of stack space on large inputs, right?

In fact, wrong. Compilers can perform a simple optimisation on certain types of recursive functions to turn them into while loops

我建议：

OCaml的编译器优化尾递归到迭代结构中;并且可能
所有其他递归类型都使用迭代和堆栈对象进行优化，以模拟递归调用（我没有找到任何支持此文档的文档）。

我知道至少.Net / C＃不太可能跨功能边界进行优化。例如，必须使用属性显式请求函数的内嵌，甚至可能不会。 JIT可以内联并可能优化递归但不会出现。这可能适用于Java。

我不确定C ++，并且取决于你使用的编译器。

为什么OCaml中的递归比C ++或Java更有效？

2 个答案: