ruby - 以*干净*的方式在 Ruby 中实现非常深的递归的正确方法是什么？

Question

当然，Ruby 确实有递归，就像任何其他高级编程语言一样。只要递归深度不是太高，这就可以正常工作，但如果是，您将捕获堆栈溢出:

#!/usr/bin/ruby2.0
def rec_naive(i)
    return 1 if i==1
    rec_naive(i-1) + i
end

puts rec_naive(10000) #(Stack size: ~9360)
#==> test.rb:3: stack level too deep (SystemStackError)

想到的最明显的解决方案是简单地增加堆栈大小。不幸的是，我在这个问题上找到了答案 suggested以一种或另一种方式改变操作系统状态——修改 Ruby 解释器源代码、ulimit、编译标志等——这超出了纯 Ruby，当然，并不总是可能的，特别是在安全环境。因此，想到的不太明显的解决方案是以非递归方式重写有问题的函数或重新实现调用堆栈:

# Recursion-free way
def rec_norecurse(i)
    acc = 0
    (1..i).each do |n|
        acc += n
    end
    return acc
end
puts rec_norecurse(100)

# Reimplementing the call stack
StackFrame = Struct.new(:state, :args)
def rec_customstack(stack)
    lastresult = nil
    until stack.empty?
        frame = stack.last
        state, args = frame.state, frame.args
        i = args[0]

        case state
            when :entrance_point
                if i==1
                    #-- return 1 #--
                    lastresult = 1
                    stack.pop
                    #---------------
                else
                    #-- rec(i-1) #--
                    stack.last.state = :returned_from_recursion
                    stack << StackFrame.new(:entrance_point, [i-1])
                    #---------------
                end
            when :returned_from_recursion
                #-- return rec_result+i #--
                lastresult = lastresult + i
                stack.pop
                #--------------------------
        end
    end
    return lastresult
end
customstack = [StackFrame.new(:entrance_point, [100])]
puts rec_customstack(customstack)

然而，以这种方式重写即使不是太复杂的函数也是一项乏味的任务，并且与原始代码相比，生成的代码似乎过于困惑和晦涩。我想涉及一些元编程并编写某种“包装器”，这可以使包装函数在深度递归下正常运行，同时足够干净，即使看起来不像未包装的函数。我用 Fibers 实现了一个解决方案，最初看起来还不错，但后来我遇到了一些意想不到的困难(see the related question 了解详情)。

因此，我正在寻找一种正确且干净 - 尽可能不困惑和模糊 - 的方法来实现非常深入的递归调用，而不会过多地损害性能。

Answer 1

我想到了这个解决方案。它仍然远非完美，但在没有更好的想法的情况下似乎已经足够好了。它基本上在递归调用点拆分函数，并推迟在 with block 之后需要完成的任何计算:

def rcall(*args, &block)
    cs = [nil] #Call Stack
    rec = false
    rcaller = proc do |*pargs, &pblock|
        # Enqueue and return control to rcall
        rec = true # We *are* doing rcall
        cs << pblock
        pargs
    end
    result = args
    until cs.empty?
        rec = false

        result = block.call(rcaller, *result)
        while (!rec) && (!cs.empty?)
            # we got result! Return it to past preproc call and work it :3
            lastblock = cs.pop
            result = lastblock.call(*result) if !lastblock.nil?
        end
    end
    return result
end

用法:

puts (rcall 100 do |rcaller, i|
    if i==1
        1
    else
        rcaller.(i-1) {|i2|
            i2+i
        }
    end
end)
# ==> 5050

这比调用堆栈的重新实现更慢，但看起来更清晰。如果不需要 post-rcall 计算，它看起来会更好，类似于简单的尾调用 -

puts (rcall(100, []) do |rcaller, i, acc|
    if i==1
        [1, *acc]
    else
        rcaller.(i-1, [i, *acc])
    end
end).join', '
#==> 1, 2, 3..., 99, 100