函数的扩展

本文共--字 阅读约--分钟 | 浏览: -- Last Updated: 2020-06-15

函数参数的默认值

ES6 允许为函数的参数设置默认值,即直接写在参数定义的后面。

function log(x, y = 'World') {
  console.log(x, y);
}

log('Hello') // Hello World
log('Hello', 'China') // Hello China
log('Hello', '') // Hello

参数默认值不是传值的,而是每次都重新计算默认值表达式的值。也就是说,参数默认值是惰性求值的。

let x = 99;
function foo(p = x + 1) {
  console.log(p);
}

foo() // 100

x = 100;
foo() // 101

// 参数p的默认值是x + 1。这时,每次调用函数foo,都会重新计算x + 1,而不是默认p等于 100。

通常情况下,定义了默认值的参数,应该是函数的尾参数。因为这样比较容易看出来,到底省略了哪些参数。如果非尾部的参数设置默认值,实际上这个参数是没法省略的。

// 只有传参是 undefined 默认值才生效

function f(x, y = 5, z) {
  return [x, y, z];
}

f() // [undefined, 5, undefined]
f(1) // [1, 5, undefined]
f(1, ,2) // 报错
f(1, undefined, 2) // [1, 5, 2]

函数的length属性

函数的length属性,将返回没有指定默认值的参数个数。也就是说,指定了默认值后,length属性将失真。

(function (a) {}).length // 1
(function (a = 5) {}).length // 0
(function (a, b, c = 5) {}).length // 2
(function(...args) {}).length // 0

这是因为length属性的含义是,该函数预期传入的参数个数。某个参数指定默认值以后,预期传入的参数个数就不包括这个参数了。同理,三个点语法的rest 参数也不会计入length属性。

如果设置了默认值的参数不是尾参数,那么length属性也不再计入默认值参数后面的参数了

(function (a = 0, b, c) {}).length // 0
(function (a, b = 1, c) {}).length // 1

作用域

let foo = 'outer';

function bar(func = () => foo) {
  let foo = 'inner';
  console.log(func());
}

bar(); // outer

函数bar的参数func的默认值是一个匿名函数,返回值为变量foo。这个匿名函数中并没有定义变量foo,所以foo指向外层的全局变量foo,因此输出outer

var x = 1;
function foo(x, y = function() { x = 2; }) {
  var x = 3;
  y();
  console.log(x);
}

foo() // 3
x // 1

函数foo的参数形成一个单独作用域。这个作用域里面,首先声明了变量x,然后声明了变量yy的默认值是一个匿名函数。这个匿名函数内部的变量x,指向同一个作用域的第一个参数x

rest参数

// arguments变量的写法
function sortNumbers() {
  return Array.prototype.slice.call(arguments).sort();
}

// rest参数的写法
const sortNumbers = (...numbers) => numbers.sort();

arguments对象不是数组,而是一个类似数组的对象。所以为了使用数组的方法,必须使用Array.prototype.slice.call先将其转为数组。rest 参数就不存在这个问题,它就是一个真正的数组,数组特有的方法都可以使用。

注意,rest 参数之后不能再有其他参数(即只能是最后一个参数),否则会报错

// 报错
function f(a, ...b, c) {
  // ...
}

严格模式

ES2016规定只要函数参数使用了默认值、解构赋值、或者扩展运算符,那么函数内部就不能显式设定为严格模式,否则会报错。

箭头函数

由于大括号被解释为代码块,所以如果箭头函数直接返回一个对象,必须在对象外面加上括号,否则会报错。

// 报错
let getTempItem = id => { id: id, name: "Temp" };

// 不报错
let getTempItem = id => ({ id: id, name: "Temp" });

箭头函数有几个使用注意点。

(1)函数体内的this对象,就是定义时所在的对象,而不是使用时所在的对象。

(2)不可以当作构造函数,也就是说,不可以使用new命令,否则会抛出一个错误。

(3)不可以使用arguments对象,该对象在函数体内不存在。如果要用,可以用 rest 参数代替。

(4)不可以使用yield命令,因此箭头函数不能用作 Generator 函数。

(5)this对象的指向是可变的,但是在箭头函数中,它是固定的。

function foo() {
  console.log(this); // {id : 42}
  setTimeout(() => {
    console.log('id:', this.id); // id: 42
  }, 100);
  // 箭头函数导致this总是指向函数定义生效时所在的对象 (永远指向外面的this)
}

var id = 21;

foo.call({ id: 42 });
var handler = {
  id: '123456',

  init: function() {
    // 如果不是箭头函数 this指向document 
    document.addEventListener('click', event => this.doSomething(event.type), false);
  },

  doSomething: function(type) {
    console.log('Handling ' + type  + ' for ' + this.id);
  }
};

this指向的固定化,并不是因为箭头函数内部有绑定this的机制,实际原因是箭头函数根本没有自己的this,导致内部的this就是外层代码块的this。正是因为它没有this,所以也就不能用作构造函数。

箭头函数中不存在argumentssupernew.target

function foo() {
  setTimeout(() => {
    console.log('args:', arguments);
  }, 100);
}

foo(2, 4, 6, 8)
// args: [2, 4, 6, 8]
// 这里的arguments,其实是函数foo的arguments变量。
// 箭头函数中不存在arguments

尾调用优化

尾调用(Tail Call)是函数式编程的一个重要概念,本身非常简单,一句话就能说清楚,就是指某个函数的最后一步是调用另一个函数。

function f(x){
  return g(x);
}

以下三种情况,都不属于尾调用。

// 情况一
function f(x){
  let y = g(x);
  return y;
}

// 情况二
function f(x){
  return g(x) + 1;
}

// 情况三
function f(x){
  g(x);
}
// 情况三等同于 g(x); return undefined;

// 尾调用不一定出现在函数尾部,只要是最后一步操作即可。

function f(x) {
  if (x > 0) {
    return m(x)
  }
  return n(x);
}
// 函数m和n都属于尾调用,因为它们都是函数f的最后一步操作。

尾调用之所以与其他调用不同,就在于它的特殊的调用位置。

我们知道,函数调用会在内存形成一个“调用记录”,又称“调用帧”(call frame),保存调用位置和内部变量等信息。如果在函数A的内部调用函数B,那么在A的调用帧上方,还会形成一个B的调用帧。等到B运行结束,将结果返回到AB的调用帧才会消失。如果函数B内部还调用函数C,那就还有一个C的调用帧,以此类推。所有的调用帧,就形成一个“调用栈”(call stack)。

尾调用由于是函数的最后一步操作,所以不需要保留外层函数的调用帧,因为调用位置、内部变量等信息都不会再用到了,只要直接用内层函数的调用帧,取代外层函数的调用帧就可以了。(就是C执行完成后不用返回给B了 而是直接返回给A ,因为C的返回本来就是B的最后一步)

function f() {
  let m = 1;
  let n = 2;
  return g(m + n);
}
f();

// 等同于
function f() {
  return g(3);
}
f();

// 等同于
g(3);

代码中,如果函数g不是尾调用,函数f就需要保存内部变量mn的值、g的调用位置等信息。但由于调用g之后,函数f就结束了,所以执行到最后一步,完全可以删除f(x)的调用帧,只保留g(3)的调用帧。

这就叫做“尾调用优化”(Tail call optimization),即只保留内层函数的调用帧。如果所有函数都是尾调用,那么完全可以做到每次执行时,调用帧只有一项,这将大大节省内存。这就是“尾调用优化”的意义。

注意,只有不再用到外层函数的内部变量,内层函数的调用帧才会取代外层函数的调用帧,否则就无法进行“尾调用优化”。

尾递归

函数调用自身,称为递归。如果尾调用自身,就称为尾递归。

递归非常耗费内存,因为需要同时保存成千上百个调用帧,很容易发生“栈溢出”错误(stack overflow)。但对于尾递归来说,由于只存在一个调用帧,所以永远不会发生“栈溢出”错误。

// 这些都不是尾递归

// 阶乘
function fn(n) {
  if (n === 1) return 1;
  return n * fn(n - 1);
}

fn(5) // 120

// 斐波那契
function fn2 (n) {
  if ( n <= 1 ) {return 1};
  return fn2(n - 1) + fn2(n - 2);
}

fn2(10) // 89
fn2(100) // 超时
fn2(500) // 超时

上面代码是一个阶乘函数,计算n的阶乘,最多需要保存n个调用记录,复杂度 O(n)

如果改写成尾递归,只保留一个调用记录,复杂度 O(1)Look Here

function fn(n, total = 1) {
  if (n === 1) return total;
  return fn(n - 1, n * total);
}

fn(5) // 120

function fn2 (n , ac1 = 1 , ac2 = 1) {
  if( n <= 1 ) {return ac2};

  return fn2(n - 1, ac2, ac1 + ac2);
}

fn2(100) // 573147844013817200000
fn2(1000) // 7.0330367711422765e+208
fn2(10000) // Infinity

ES6 的尾调用优化只在严格模式下开启,正常模式是无效的。这是因为在正常模式下,函数内部有两个变量,可以跟踪函数的调用栈。

func.arguments:返回调用时函数的参数。

func.caller:返回调用当前函数的那个函数。

尾调用优化发生时,函数的调用栈会改写,因此上面两个变量就会失真。严格模式禁用这两个变量,所以尾调用模式仅在严格模式下生效。

尾递归优化的实现

尾递归优化只在严格模式下生效,那么正常模式下,或者那些不支持该功能的环境中,有没有办法也使用尾递归优化呢?回答是可以的,就是自己实现尾递归优化。

它的原理非常简单。尾递归之所以需要优化,原因是调用栈太多,造成溢出,那么只要减少调用栈,就不会溢出。怎么做可以减少调用栈呢?就是采用“循环”换掉“递归”。

function sum(x, y) {
  if (y > 0) {
    return sum(x + 1, y - 1);
  } else {
    return x;
  }
}

sum(1, 100000)
// Uncaught RangeError: Maximum call stack size exceeded(…)

sum是一个递归函数,参数x是需要累加的值,参数y控制递归次数。一旦指定sum递归 100000 次,就会报错,提示超出调用栈的最大次数。

蹦床函数(trampoline)可以将递归执行转为循环执行。

function trampoline(f) {
  while (f && f instanceof Function) {
    f = f(); 
    // 调用f() 返回一个函数 这个循环就会一直执行
    // 当需要结束的时候返回正确的结果 不再返回一个函数 while循环就会结束 
    // 就会执行到下面的return 返回正确的结果
  }
  return f;
}

上面就是蹦床函数的一个实现,它接受一个函数f作为参数。只要f执行后返回一个函数,就继续执行。注意,这里是返回一个函数,然后执行该函数,而不是函数里面调用函数,这样就避免了递归执行,从而就消除了调用栈过大的问题。

然后,要做的就是将原来的递归函数,改写为每一步返回另一个函数。

function sum(x, y) {
  if (y > 0) {
    // y大于0的时候一直返回一个函数 上面while循环就会一直循环
    return sum.bind(null, x + 1, y - 1); 
  }
  // y不再大于0 即循环停止的条件 返回想要的值不再是一个函数 终止上面的while循环
  return x;
}
trampoline(sum(1, 100000))

蹦床函数并不是真正的尾递归优化,下面的实现才是。

function tco(f) {
  var value;
  var active = false;
  var accumulated = [];

  // f.apply 执行的时候就会调用真正的函数 即下方的function(x, y)
  // 这个函数里面又调用sum,就是相当于调用这里的accumulator
  // 此时 active 已经为 true, if语句内不会执行,所以这个accumulator(sum)就会返回undefined
  // 但是注意的这里是 accumulated.push是执行了的
  // 当sum返回undefined,f.apply就执行完成,此时又向下执行进行while判断
  // 由于 accumulated.push在上一轮的执行 所以while循环得以继续
  return function accumulator() {
    accumulated.push(arguments); // [[1,100000]]
    if (!active) {
      active = true;
      while (accumulated.length) {
        // 调用shift会影响源数组,即accumulate在循环时永远只有一个元素 就是 [x, y]
        value = f.apply(this, accumulated.shift()); // [1,100000]

        // 当满足结束条件 y <= 0的时候  直接返回值x 此时value = x
        // 这时候就没有sum的调用,那此时经过accumulated.shift()之后,accumulated的length就为0了
        // while循环得以结束
      }
      active = false;
      return value;
    }
  };
}

var sum = tco(function(x, y) {
  if (y > 0) {
    return sum(x + 1, y - 1)
  }
  return x
});

sum(1, 100000)
// 100001

上面代码中,tco函数是尾递归优化的实现,它的奥妙就在于状态变量active。默认情况下,这个变量是不激活的。一旦进入尾递归优化的过程,这个变量就激活了。然后,每一轮递归sum返回的都是undefined,所以就避免了递归执行;而accumulated数组存放每一轮sum执行的参数,总是有值的,这就保证了accumulator函数内部的while循环总是会执行。这样就很巧妙地将“递归”改成了“循环”,而后一轮的参数会取代前一轮的参数,保证了调用栈只有一层。