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Python和Node.js支持尾递归吗?

什么是尾递归?简单来说就是最后返回的只是一个函数的调用,而不用保存多余的局部变量。
看一个简单的计算阶乘的例子(Lua代码):

function fact(n)
return n==0 and 1 or n * fact(n-1)
end

  

改成尾递归的方式就是:

function tail_fact(n, p)
p
= p or 1
if n==0 then
return p
end
return tail_fact(n-1, n*p)
end

  

关于尾递归的更详细说明请参考:
http://en.wikipedia.org/wiki/Tail_call

因为使用尾递归方式的时候,是不用保存局部变量的了,所以部分语言的解析器会对尾递归做优化,减少栈空间的占用。普通的递归方式则由于需要保存局部变量,栈空间则越占越多,最终导致栈溢出。

Lua是支持尾递归的,所以上面的尾递归的代码,是可以很好的工作的。

Python的尾递归支持

Python本身是不支持尾递归的(via),并且对递归次数有限制的,当递归次数超过1000次的时候,就会抛出“RuntimeError: maximum recursion depth exceeded”异常。
有人对此为Python的尾递归写了一个优化版本,让Python突破递归调用1000次的限制:Tail Call Optimization Decorator (Python recipe) ,或者你可以看看以下两篇文章:

以上的Python尾递归优化可以突破1000次的递归限制,但是却对于尾递归应有的优化完全没有。以下为我的测试代码:

#recursion.py
@tail_call_optimized
def fact(n):
return 1 if n==0 else n * fact(n-1)

  

#tail_recursion.py
@tail_call_optimized
def tail_fact(n, p=1):
if n==0:
return p
return tail_fact(n-1, n*p)

测试环境是Python2.7.1,计算100000的阶乘。执行recursion.py的时候,内存占用约为100M,执行tail_recursion.py的时候,内存占用占到1G的时候,还是没有执行完,我只好杀掉进程。

不过我确实想不明白为什么Python这里写成尾递归的方式会比会比普通方式占用多那么多内存呢?

Node.js对尾递归的支持

我知道JavaScript是不支持尾递归的。ES4的时候曾经提过要加入尾递归的支持,不过后来被去掉了(via)。
周爱民的《Javascript语言精髓与编程实践》其中也提到:

  • “然而不幸的是。目前已知的javascript 的解释环境中并不支持这种特性(尾递归)。因此,我们在这里讨论函数室式时,可以说“能够通过函数递归来消灭循环语句”,但在不支持尾递归(及其优化技术)的javascript中,这种实现将以大量栈和内存消耗为代价”

Node.js是基于Google V8的,所以在Chrome的控制台测试了一下:

image

从结果看来,基本没戏了。但是还是在node.js写了代码验证一下。

// recursion.js
function fact(n){
if(n == 0){
console.log(
'fact: ');
console.dir(process.memoryUsage() );
}
return n==0 ? 1 : n * fact(n-1);
}

// tail_recursion.js
function tailFact(n, p){
p
= p || 1;
if(n==0){
console.log(
'tail fact: ');
console.dir(process.memoryUsage() );
return p;
}
else{
return tailFact(n-1, p*n);
}
}

  

以下为计算13000的阶乘时内存占用情况:

$ node recursion.js 
fact:
{ rss:
7892992,
vsize:
55169024,
heapTotal:
2861216,
heapUsed:
1634612 }

  

$ node tail_recursion.js 
tail fact:
{ rss:
7901184,
vsize:
55169024,
heapTotal:
2869376,
heapUsed:
1791520 }

从结果来看,尾递归的方式占用的内存还要多。

下面再来看看计算13000的阶乘,循环1000次,然后计算平均每次的执行时间:

var start = Date.now();
for(var i=0; i<1000; i++){
tailFact(
13000);
}
console.log( (Date.now()
- start)/1000 );

  

以下为执行结果:

$ node recursion.js 
0.257

$ node tail_recursion.js
0.277

阿门,无论是内存占用还是执行效率,尾递归的方式都要比普通方式差。

看来V8是对于尾递归的方式完全没有做优化了,对于Node.js异步调用到处是的情况下,没有对尾调用做优化的话,栈空间浪费很严重啊!不知道我这样认为对不对?忘记一点是“异步”的,异步回调栈是清空的了,不存在该问题。

Enjoy!

posted on 2011-07-31 01:52 Q.Lee.lulu 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏