CPS冥想 - 1 重新审视CPS

这篇文章是在阅读Eric Lippert大神的MSDN Blog文章时同步写成的，其中主要是各种翻译，同时还混杂自己阅读文章的笔记和感想。

原博文地址 http://blogs.msdn.com/b/ericlippert/archive/2010/10/21/continuation-passing-style-revisited-part-one.aspx

CPS是Continuation Passing Style的缩写，关于这种风格，E.L.大神和通常的程序风格做了一个对比：

通常的程序：

　　记录下程序当前的状态，比如本地变量的值等，一般保存在栈里面

　　把程序的控制权交给“子过程”，直到其返回

　　恢复到调用前的状态，此时已经知道了子过程的返回值

而CPS是一种没有“子过程”和“返回”的风格。取而代之的是，当前函数执行的最后一条指令是调用下一个函数，因为没有函数会返回，你也就不需要保存调用之前的值，现在程序在什么地方也没有什么意义，因为程序永远不会回来。

显然从这里看，结合以前的知识，CPS变换也就是所谓的尾递归形式，因为是尾调用，所以前面栈上的东西也就没有存在意义了，于是优化的时候栈空间可以重复利用，也就是所谓的尾递归优化。

为了确保事情按我们想要的顺序发生，调用新的函数的时候给他传一个continuation，continuation本身也是一个函数，它负责执行后面所有的东西。

E.L.大神用C#写的例子，幸好我看得懂：（毕竟人家是C#的爹们之一）

我们有以下四个函数 string M(int); bool B(); int C(); int D();

假定C#没有?:三目运算符，那么该如何实现 M(B() ? C() : D());

忽略废话，我们有

T Conditional<T>(bool b, Func<T> consequence, Func<T> alternative)
{
  if (b) return consequence(); else return alternative();
}

直接调用 M(Conditional(B(), ()=>C(), ()=>D()); 就好

（C#的lambda写起来真是爽）

好了下面要强行把Conditional写成CPS风格的，怎么办，这么分析:

　　M调用结束后应该调用一些东西（用来继续控制流），姑且叫它currentContinuation，先不管它到底是什么样

　　需要重写B使得B接受一个接受bool的continuation，姑且用Action<bool>代替“一个接受bool的continuation”，现在有了void B(Action<bool>)

　　B的continuation，也就是在B之后发生的事情是什么？

　　　　先跳步：形式是 B(b=>M(Conditional(b, ()=>C(), ()=>D()))) ,B接受的lambda接受一个bool，然后把它传给Conditional

　　现在B是CPS了，但是传给B的lambda不是CPS的，为了让lambda也变成CPS的，我们重复对B的分析：

　　　　M需要接受一个Action<string>，C和D需要接受Action<int>

　　　　至于Conditional，仍然需要对他的参数有惰性求值的特性，但是调用的那些lambda已经没有返回值了，所以，那个lambda也要接受一个continuation。

　　所以有： B(b=>Conditional(b, c=>C(c), c=>D(c), t=>M(t, currentContinuation)))

Conditional现在是这样的：

void Conditional<T> (bool condition, Action<Action<T>> consequence, Action<Action<T>> alternative, Action<T> continuation)
{
  if (condition)
    consequence(continuation) ;
  else
    alternative(continuation);
}

总之：B执行然后把bool结果传给参数lambda，这个lambda用这个bool和其他三个lambda调用Conditional，Conditional决定把第三个lambda传给前两个中的哪个，假设它选择了传给alternative，那么，D执行然后把他的结果传给continuation，也就是t=>M(currentContinuation, t) ，然后M用这个整数t做一些事情，再调用之前说过的currentContinuation，然后就OK了。

没有返回，每个方法都是void的，每个委托（匿名函数，lambda）都是一个Action，函数最后做的事情就是调用其他函数，调用的时候前面的调用栈已经没用了，因此编译器可以优化之前的代码，使得没有任何函数会消耗调用栈的空间，值全都临时存储在寄存器之类的临时位置。

也许你会觉得这TM是什么烂代码？但是你看，我们已经做出了一个CPS版本的?:运算符啊，行为完全与之相同，有用lambda实现的惰性求值，控制流由继续向最后面的continuation传合适的方法得以继续。

然而该用continuation解决的事我们一个都没干。

Continuation是控制流的异化，目前我们只讨论了一个单continuation传来传去的系统，因为continuation只是一个委托（lambda），所以我们没有理由只在系统里面用一个continuation。

下一节：一些关于更复杂的控制流的冥想。