使用java 8設計尾遞歸

Question

我試圖從下面的例子中提供談話了解java8的尾遞歸。

@FunctionalInterface
public interface TailCall<T> {
    TailCall<T> apply();

    default boolean isComplete() {
        return false;
    }

    default T result() {
        throw new Error("not implemented");
    }

    default T get() {
        return Stream.iterate(this, TailCall::apply).filter(TailCall::isComplete)
                                                .findFirst().get().result();
    }
}

使用TailCall的實用程序類

public class TailCalls {
    public static <T> TailCall<T> call(final TailCall<T> nextcall) {
        return nextcall;
    }

    public static <T> TailCall<T> done(final T value) {
        return new TailCall<T>() {
            @Override
            public boolean isComplete() {
                return true;
            }

            @Override
            public T result() {
                return value;
            }

            @Override
            public TailCall<T> apply() {
                throw new Error("not implemented.");
            }
        };
    }
}

以下是Tail遞歸的用法：

public class Main {

    public static TailCall<Integer> factorial(int fact, int n) {
        if (n == 1) {
            return TailCalls.done(fact);
        } else {
            return TailCalls.call(factorial(fact * n, n-1));
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(factorial(1, 5).get());
        }
}

它工作正常，但我覺得我們不需要TailCall::get來計算結果。 根據我的理解，我們可以使用以下方法直接計算結果：

System.out.println(factorial(1, 5).result());

代替：

System.out.println(factorial(1, 5).get());

如果我錯過了TailCall::get的要點，請告訴我。

Answer 1

這個例子中有一個錯誤。 它只是預先形成普通遞歸，沒有尾調用優化。 您可以通過將Thread.dumpStack添加到基本案例來看到這一點：

if (n == 1) {
    Thread.dumpStack();
    return TailCalls.done(fact);
}

堆棧跟蹤看起來像：

java.lang.Exception: Stack trace
    at java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1333)
    at test.Main.factorial(Main.java:14)
    at test.Main.factorial(Main.java:18)
    at test.Main.factorial(Main.java:18)
    at test.Main.factorial(Main.java:18)
    at test.Main.factorial(Main.java:18)
    at test.Main.main(Main.java:8)

正如您所看到的，有多個對factorial調用。 這意味着在沒有尾調用優化的情況下發生普通遞歸。 在這種情況下，調用get確實沒有意義，因為從factorial返回的TailCall對象已經有了結果。

---

實現此目的的正確方法是返回一個推遲實際調用的新TailCall對象：

public static TailCall<Integer> factorial(int fact, int n) {
    if (n == 1) {
        return TailCalls.done(fact);
    }

    return () -> factorial(fact * n, n-1);
}

如果你還添加了Thread.dumpStack ，那么只有1次調用factorial ：

java.lang.Exception: Stack trace
    at java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1333)
    at test.Main.factorial(Main.java:14)
    at test.Main.lambda$0(Main.java:18)
    at java.util.stream.Stream$1.next(Stream.java:1033)
    at java.util.Spliterators$IteratorSpliterator.tryAdvance(Spliterators.java:1812)
    at java.util.stream.ReferencePipeline.forEachWithCancel(ReferencePipeline.java:126)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.copyIntoWithCancel(AbstractPipeline.java:498)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.copyInto(AbstractPipeline.java:485)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.wrapAndCopyInto(AbstractPipeline.java:471)
    at java.util.stream.FindOps$FindOp.evaluateSequential(FindOps.java:152)
    at java.util.stream.AbstractPipeline.evaluate(AbstractPipeline.java:234)
    at java.util.stream.ReferencePipeline.findFirst(ReferencePipeline.java:464)
    at test.TailCall.get(Main.java:36)
    at test.Main.main(Main.java:9)