Продолжение (информатика)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Парадигмы программирования
 • Императивная (контрастирует с Декларативной)
Процедурная
Структурная
Модульная
Аспектно-ориентированная
Объектно-ориентированная
Агентно-ориентированная
Компонентно-ориентированная
Прототипно-ориентированная
Обобщённое программирование

 • Конкатенативная
 • Декларативная (контрастирует с Императивной)

Функциональная
Чистая функциональная
Аппликативная
Комбинаторная
Основанная на продолжениях
В терминах Рефал-машины
Логическая
Ограничениями
Потоком данных

 • Метапрограммирование

Языково-ориентированная
Пользовательская[en]
Автоматизация процесса программирования
Рефлексивное

 • Параллельная
 • Событийно-ориентированная

Реактивная
Сервис-ориентированная
 • Автоматная
п·о·р

Продолжение (англ. continuation) представляет состояние программы в определённый момент, которое может быть сохранено и использовано для перехода в это состояние. Продолжения содержат всю информацию, чтобы продолжить выполнения программы с определённой точки. Состояние глобальных переменных обычно не сохраняется, однако для функциональных языков это несущественно (выборочное сохранение/восстановление значений глобальных объектов в Scheme достигается отдельным механизмом dynamic-wind). Продолжения похожи на goto Бейсика или setjmp/longjmp Си, так как также позволяют перейти в любое место программы. Но продолжения, в отличие от goto, позволяют перейти только в участок программы с определённым состоянием, которое должно быть сохранено заранее, в то время, как goto позволяет перейти в участок программы с неинициализированными переменными.

Scheme была первым промышленным языком, в котором реализованы полноценные продолжения. Bruce Duba ввёл продолжения в Standard ML.

Понятие[править | править вики-текст]

Формально, callcc — это функция высшего порядка, позволяющая абстрагировать динамический контекст имеющейся функции в виде другой функции, которая и называется «продолжением».

Более наглядно, продолжение — это «вся оставшаяся часть программы от данной точки», или «функция, которая никогда не возвращает управление в точку своего вызова»[1]. В процессе изучения функционального программирования многие испытывают трудности с пониманием сущности продолжений. Традиционное объяснение этого понятия сводится к «расширению (усложнению) понятия сопрограммы», но в педагогическом смысле такое объяснение считается бесполезным[1]. Причина трудности понимания заключается том, что продолжения фактически представляют собой альтернативное обоснование понятия «поведения» («вызова» в самом широком понимании), т.е. иную семантическую модель, и в этом смысле начальный переход от «обычного» функционального программирования к программированию с интенсивным использованием продолжений можно сравнить с начальным переходом от императивного программирования к функциональному.

Продолжения представляют собой математическое обоснование всего порядка выполнения программы, от goto и циклов до рекурсии, исключений, генераторов[en], сопрограмм и механизма возврата[1]. Как следствие, они позволяют реализовать все эти элементы в языке посредством единой конструкции.

Программирование в стиле передачи продолжений[править | править вики-текст]

Программирование в стиле передачи продолжений (англ. Continuation-passing style, CPS) — это стиль программирования, при котором передача управления осуществляется через механизм продолжений. Стиль CPS впервые представили Джеральд Джей Сассман[en] и Гай Стил мл.[en], одновременно с языком Scheme.

Такой стиль весьма затруднителен для использования человеком, и обычно является стратегией оптимизации в компиляторах.

Direct style
Continuation passing style
(define (pyth x y)
 (sqrt (+ (* x x) (* y y))))
(define (pyth& x y k)
 (*& x x (lambda (x2)
          (*& y y (lambda (y2)
                   (+& x2 y2 (lambda (x2py2)
                              (sqrt& x2py2 k))))))))
(define (factorial n)
 (if (= n 0)
     1     ; NOT tail-recursive
     (* n (factorial (- n 1)))))
(define (factorial& n k)
 (=& n 0 (lambda (b)
          (if b                    ; продолжение растёт
              (k 1)                ; в рекурсивном вызове
              (-& n 1 (lambda (nm1)
                       (factorial& nm1 (lambda (f)
                                        (*& n f k)))))))))
(define (factorial n)
 (f-aux n 1))
(define (f-aux n a)
 (if (= n 0)
     a        ; tail-recursive
     (f-aux (- n 1) (* n a))))
(define (factorial& n k) (f-aux& n 1 k))
(define (f-aux& n a k)
 (=& n 0 (lambda (b)
          (if b                    ; продолжение сохраняется
              (k a)                ; в рекурсивном вызове
              (-& n 1 (lambda (nm1) 
                       (*& n a (lambda (nta)
                                (f-aux& nm1 nta k)))))))))

Можно заметить, что в чистом CPS фактически не существует самих продолжений — всякий вызов оказывается хвостовым. Если язык не гарантирует оптимизацию хвостовых вызовов (англ. Tail call optimization, TCO), то при каждом вложенном вызове callcc растёт и само продолжение, и стек вызовов. Обычно это нежелательно, но временами используется интересным способом (см. компилятор Chicken Scheme[en]). Совместное использование стратегий оптимизации TCO и CPS позволяет полностью устранить динамический стек из исполнимой программы. Ряд компиляторов функциональных языков работает именно таким образом, к примеру компилятор SML/NJ для языка Standard ML.

Ограниченные и неограниченные продолжения[править | править вики-текст]

Существует несколько разновидностей продолжений. Наиболее распространенная из них - неограниченные (undelimited continuations) продолжения, реализуемые с помощью функции call/cc или её аналогов. Такие продолжения действительно представляют собой состояние всей программы (или одной её нити) в определенный момент. Вызов такого продолжения не похож на вызов функции, поскольку он соответствует "прыжку" в сохраненное состояние программы и не возвращает никакого значения; такое продолжение обычно нельзя вызвать несколько раз. Ограниченные (delimited continuations) же продолжения абстрагируют зависимость результата некоторого блока программы от результата некоторого подвыражения этого блока. В определенном смысле они соответствуют сегменту стека вызовов, а не всему стеку. Такие продолжения могут использоваться как функции, вызываться несколько раз и т.п. Они абстрагируются с помощью механизма shift/reset: reset оборачивает внешний блок, shift действует как call/cc, но получает в качестве аргумента не глобальное продолжение, а ограниченное - зависимость значения блока reset от значения на месте блока shift. Существуют и другие разновидности, к примеру prompt/control.

Поддержка языками программирования[править | править вики-текст]

Многие языки программирования предоставляют эту возможность под различными именами, например:

  • Scheme: call/cc (краткая запись для call-with-current-continuation)
  • Standard ML: SMLofNJ.Cont.callcc
  • Си: setcontext et al. (UNIX System V и GNU libc)
  • Ruby: callcc
  • Smalltalk: Continuation currentDo:, в большинстве современных реализаций продолжения могут быть реализованы на чистом Smalltalk, не требуя специальной поддержки в виртуальной машине.
  • Rhino : Continuation
  • Haskell : callCC (в модуле Control.Monad.Cont)
  • Factor : callcc0 и callcc1
  • Python : yield
  • Scala : Существует плагин для поддержки ограниченных продолжений.
  • PHP: Есть поддержка.
  • C#: конструкции yield return и await.

В любом языке, поддерживающем замыкания, можно писать программы в стиле передачи продолжений (англ. Continuation-passing style, CPS) и вручную реализовать call/cc. В частности это принятая практика в Haskell, где легко строятся «монады, передающие продолжения» (для примера, монада Cont и трансформер монад ContT библиотеки mtl).

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]