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  • 递归

    定义

    程序调用自身的编程技巧称为递归(recursion)。

    阶乘

    以阶乘为例:

    function factorial(n) {
        if (n == 1) return n;
        return n * factorial(n - 1)
    }
    
    console.log(factorial(5)) // 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

    示意图(图片来自 wwww.penjee.com):

    阶乘

    斐波那契数列

    《JavaScript专题之函数记忆》中讲到过的斐波那契数列也使用了递归:

    function fibonacci(n){
        return n < 2 ? n : fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
    }
    
    console.log(fibonacci(5)) // 1 1 2 3 5

    递归条件

    从这两个例子中,我们可以看出:

    构成递归需具备边界条件、递归前进段和递归返回段,当边界条件不满足时,递归前进,当边界条件满足时,递归返回。阶乘中的 n == 1 和 斐波那契数列中的 n < 2 都是边界条件。

    总结一下递归的特点:

    1. 子问题须与原始问题为同样的事,且更为简单;
    2. 不能无限制地调用本身,须有个出口,化简为非递归状况处理。

    了解这些特点可以帮助我们更好的编写递归函数。

    执行上下文栈

    《JavaScript深入之执行上下文栈》中,我们知道:

    当执行一个函数的时候,就会创建一个执行上下文,并且压入执行上下文栈,当函数执行完毕的时候,就会将函数的执行上下文从栈中弹出。

    试着对阶乘函数分析执行的过程,我们会发现,JavaScript 会不停的创建执行上下文压入执行上下文栈,对于内存而言,维护这么多的执行上下文也是一笔不小的开销呐!那么,我们该如何优化呢?

    答案就是尾调用。

    尾调用

    尾调用,是指函数内部的最后一个动作是函数调用。该调用的返回值,直接返回给函数。

    举个例子:

    // 尾调用
    function f(x){
        return g(x);
    }

    然而

    // 非尾调用
    function f(x){
        return g(x) + 1;
    }

    并不是尾调用,因为 g(x) 的返回值还需要跟 1 进行计算后,f(x)才会返回值。

    两者又有什么区别呢?答案就是执行上下文栈的变化不一样。

    为了模拟执行上下文栈的行为,让我们定义执行上下文栈是一个数组:

        ECStack = [];

    我们模拟下第一个尾调用函数执行时的执行上下文栈变化:

    // 伪代码
    ECStack.push(<f> functionContext);
    
    ECStack.pop();
    
    ECStack.push(<g> functionContext);
    
    ECStack.pop();

    我们再来模拟一下第二个非尾调用函数执行时的执行上下文栈变化:

    ECStack.push(<f> functionContext);
    
    ECStack.push(<g> functionContext);
    
    ECStack.pop();
    
    ECStack.pop();

    也就说尾调用函数执行时,虽然也调用了一个函数,但是因为原来的的函数执行完毕,执行上下文会被弹出,执行上下文栈中相当于只多压入了一个执行上下文。然而非尾调用函数,就会创建多个执行上下文压入执行上下文栈。

    函数调用自身,称为递归。如果尾调用自身,就称为尾递归。

    所以我们只用把阶乘函数改造成一个尾递归形式,就可以避免创建那么多的执行上下文。但是我们该怎么做呢?

    阶乘函数优化

    我们需要做的就是把所有用到的内部变量改写成函数的参数,以阶乘函数为例:

    function factorial(n, res) {
        if (n == 1) return res;
        return factorial(n - 1, n * res)
    }
    
    console.log(factorial(4, 1)) // 24

    然而这个很奇怪呐……我们计算 4 的阶乘,结果函数要传入 4 和 1,我就不能只传入一个 4 吗?

    这个时候就要用到我们在《JavaScript专题之偏函数》中编写的 partial 函数了:

    var newFactorial = partial(factorial, _, 1)
    
    newFactorial(4) // 24

    应用

    如果你看过 JavaScript 专题系列的文章,你会发现递归有着很多的应用。

    作为专题系列的第十八篇,我们来盘点下之前的文章中都有哪些涉及到了递归:

    1.《JavaScript 专题之数组扁平化》

    function flatten(arr) {
        return arr.reduce(function(prev, next){
            return prev.concat(Array.isArray(next) ? flatten(next) : next)
        }, [])
    }

    2.《JavaScript 专题之深浅拷贝》

    var deepCopy = function(obj) {
        if (typeof obj !== 'object') return;
        var newObj = obj instanceof Array ? [] : {};
        for (var key in obj) {
            if (obj.hasOwnProperty(key)) {
                newObj[key] = typeof obj[key] === 'object' ? deepCopy(obj[key]) : obj[key];
            }
        }
        return newObj;
    }

    3.JavaScript 专题之从零实现 jQuery 的 extend

    // 非完整版本,完整版本请点击查看具体的文章
    function extend() {
    
        ...
    
        // 循环遍历要复制的对象们
        for (; i < length; i++) {
            // 获取当前对象
            options = arguments[i];
            // 要求不能为空 避免extend(a,,b)这种情况
            if (options != null) {
                for (name in options) {
                    // 目标属性值
                    src = target[name];
                    // 要复制的对象的属性值
                    copy = options[name];
    
                    if (deep && copy && typeof copy == 'object') {
                        // 递归调用
                        target[name] = extend(deep, src, copy);
                    }
                    else if (copy !== undefined){
                        target[name] = copy;
                    }
                }
            }
        }
    
        ...
    
    };

    4.《JavaScript 专题之如何判断两个对象相等》

    // 非完整版本,完整版本请点击查看具体的文章
    // 属于间接调用
    function eq(a, b, aStack, bStack) {
    
        ...
    
        // 更复杂的对象使用 deepEq 函数进行深度比较
        return deepEq(a, b, aStack, bStack);
    };
    
    function deepEq(a, b, aStack, bStack) {
    
        ...
    
        // 数组判断
        if (areArrays) {
    
            length = a.length;
            if (length !== b.length) return false;
    
            while (length--) {
                if (!eq(a[length], b[length], aStack, bStack)) return false;
            }
        }
        // 对象判断
        else {
    
            var keys = Object.keys(a),
                key;
            length = keys.length;
    
            if (Object.keys(b).length !== length) return false;
            while (length--) {
    
                key = keys[length];
                if (!(b.hasOwnProperty(key) && eq(a[key], b[key], aStack, bStack))) return false;
            }
        }
    
    }

    5.《JavaScript 专题之函数柯里化》

    // 非完整版本,完整版本请点击查看具体的文章
    function curry(fn, args) {
        length = fn.length;
    
        args = args || [];
    
        return function() {
    
            var _args = args.slice(0),
    
                arg, i;
    
            for (i = 0; i < arguments.length; i++) {
    
                arg = arguments[i];
    
                _args.push(arg);
    
            }
            if (_args.length < length) {
                return curry.call(this, fn, _args);
            }
            else {
                return fn.apply(this, _args);
            }
        }
    }
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