在Scala中避免while循环有什么好处吗？

Question

阅读由专家撰写的Scala文档可以得到尾部递归优于while循环的印象,即使后者更简洁明了.这是一个例子

object Helpers {
    implicit class IntWithTimes(val pip:Int) {
            // Recursive
        def times(f: => Unit):Unit = {
            @tailrec
            def loop(counter:Int):Unit = {
                if (counter >0) { f; loop(counter-1) }
            }
            loop(pip)
        }

            // Explicit loop
        def :@(f: => Unit) = {
            var lc = pip
            while (lc > 0) { f; lc -= 1 }
        }   
    }
}   

(要清楚的是,专家根本没有解决循环问题,但在这个例子中,他们选择以这种方式编写一个循环,就好像本能一样,这就是我提出的问题:我是否应该发展出类似的本能.. )

while循环唯一可能更好的方面是迭代变量应该是循环体的局部变量,并且变量的变异应该在固定的位置,但Scala选择不提供该语法.

清晰度是主观的,但问题是(尾部)递归样式是否提供了改进的性能？

Answer 1

我很确定,由于JVM的局限性,Scala编译器并不是每个潜在的尾递归函数都会被优化掉,因此对性能问题的简短(有时是错误的)答案是否定的.

对你这个更普遍的问题(有优势)的长期答案更加人为.请注意,通过使用while,您实际上是:

1. 创建一个包含计数器的新变量.
2. 改变那个变量.

逐个错误和可变性的危险将确保从长远来看,您将引入带有while模式的错误.实际上,您的times功能可以很容易地实现为:

def times(f: => Unit) = (1 to pip) foreach f

这不仅更简单,更小,而且还避免了任何瞬态变量和可变性的产生.实际上,如果您调用的函数类型对结果很重要,那么while构造将开始变得更加难以阅读.请尝试使用以下内容实现以下内容whiles:

def replicate(l: List[Int])(times: Int) = l.flatMap(x => List.fill(times)(x))

然后继续定义一个执行相同操作的尾递归函数.

更新:

我听到你说:"嘿!这是作弊!foreach既不是while也不是tail-rec电话".真的吗？看看到Scala的定义foreach为Lists:

  def foreach[B](f: A => B) {
    var these = this
    while (!these.isEmpty) {
      f(these.head)
      these = these.tail
    }
  }

如果您想了解有关Scala中递归的更多信息,请查看此博客文章.进入函数式编程后,请疯狂阅读Rúnar的博客文章.更多信息在这里和这里.

Answer 2

通常，直接尾部递归函数（即始终直接调用自身且不能被覆盖的递归函数）将始终while由编译器优化为循环。您可以使用@tailrec注释来验证编译器是否可以针对特定功能执行此操作。

通常，可以将任何尾部递归函数（通常由编译器自动）重写为while循环，反之亦然。

以（尾）递归样式编写函数的目的不是为了最大化性能甚至简明扼要，而是使代码的意图尽可能清晰，同时最小化引入错误的机会（通过消除可变变量，通常这是可变的）使其更难以跟踪函数的“输入”和“输出”是什么）。正确编写的递归函数包含一系列检查终止条件（使用级联if- else或模式匹配）的检查，如果没有满足任何终止条件，则进行递归调用（仅在没有尾递归的情况下为复数）。

当存在几种可能的终止条件时，使用递归的好处最为明显。通常，一系列if条件或模式比将while一堆（可能是复杂且相互关联的）布尔表达式&&组合在一起的单个条件更容易理解，尤其是如果返回值需要根据哪个终止条件而有所不同时，更是如此遇见。