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PLT：说说Evaluation strategy

Brief

在学习方法/函数时，我们总会接触到按值传值和引用传值两个概念。像C#是按值传值，但参数列表添加了ref/out后则是引用传值，但奇怪的事出现了

namespace Foo{   class Bar{     public String Msg{get;set;}   }   class Program{     public static void main(String[] args){       Bar bar1 = new Bar();       bar1.Msg = "Hey, man!";       UpdateProp(bar1);       Console.WriteLine(bar1.Msg); // Bye!     }     static void UpdateProp(Bar bar){       bar.Msg = "Bye!";     }   } }

Q:UpdateProp明明是按值传值，对bar的修改怎么会影响到main中的bar1呢？

延伸Q:到底什么是按值传值、引用传值？

为了解答上述疑问，我们就需要理解求值策略了！

What is evaluation strategy?

Evaluation Strategy其实就是定义函数/方法的实参应该在何时被计算，并且以什么类型的值作为实参传入到函数/方法内部。

A programming language uses an evaluation strategy to determine when to evaluate the argument(s) of a function call (for function, also read: operation, method, or relation) and what kind of value to pass to the function.

以时间为维度，那么就有以下三种类别的求值策略：

1. Strict/Eager Evaluation，在执行函数前对实参求值（实质上是在构建函数执行上下文前）。

2. Non-strict Evaluation(Lazy Evaluation)，在执行函数时才对实参求值。

3. Non-deterministic，实参求值时机飘忽。

另外注意的是，大部分编程语言采用不止一种求值策略。

Strict/Eager evaluation

现在绝大部分语言均支持这类求值策略，而我们也习以为常，因此当如Linq、Lambda Expression等延迟计算出现时我们才如此兴奋不已。

但Strict/Eager Evaluation下还包括很多具体的定义，下面我们来逐个了解。

Applicative Order (Evaluation)

Applicative Order又名leftmost innermost，中文翻译为“应用序列”，实际运算过程和Post-order树遍历算法类似，必须先计算完叶子节点再计算根节点，因此下面示例将导致在计算实参时就发生内存溢出的bug。

// function definitions function foo(){   return false || foo() } function test(a, f){   console.log(a + f) } // main thread,陷入foo函数无尽的递归调用中 test(1, foo())

Call-by-value

按值传值也就是我们接触最多的一种求值策略，实际运算过程是对实参进行克隆，然后将副本赋值到参数变量中。

function foo(val){   val = 3 } var bar = 1 foo(bar) console.log(bar) // 显示1 // 函数作用域中对实参进行赋值操作，并不会影响全局作用域的变量bar的值。

那如Brief中C#那种情况到底是啥回事呢？其实问题在于到底要克隆哪里的“值”了，对于Bar bar = new Bar()而言，bar对应的内存空间存放的是指向 new Bar()内存空间的指针，而因此克隆的就是指针而不是 new Bar()这个对象，也就是说克隆的是实参对应的内存空间存放的“值”。假如我们将Bar定义为Struct而不是Class，则明白C#确实遵循Call-by-value策略。

namespace Foo{   struct Bar{     public String Msg{get;set;}   }   class Program{     public static void main(String[] args){       Bar bar1 = new Bar();       bar1.Msg = "Hey, man!";       UpdateProp(bar1);       Console.WriteLine(bar1.Msg); // Hey,man!     }     static void UpdateProp(Bar bar){       bar.Msg = "Bye!";     }   } }

稍微总结一下，Call-by-value有如下特点：

1. 若克隆的“值”为值类型则为值本身，并且在函数内的任何修改将不影响外部对应变量的值；

2. 若克隆的“值”为引用类型则为内存地址，并且在函数内的修改将影响外部对应变量的值，但赋值操作则不影响外部对应变量的值。

注意：由于第2个特点与Call-by-sharing的特点是一样的，因此虽然Java应该属于采用Call-by-sharing策略，但社区还是声称Java采用的是Call-by-value策略。

Call/Pass-by-reference

其实Call-by-reference和Call-by-value一样那么容易被人误会，以为把内存地址作为实参传递就是Call-by-reference，其实不然。关键是这个“内存地址”是实参对应的内存地址，而不是实参对应的内存中所存放的地址。C语言木有天然地支持Call-by-reference策略，但可以通过指针来模拟，反而能让我们更好地理解整个求值过程。

int i = 1; int *pI = &i; // &i会获取i对应内存空间的地址，并存放到pI对应的内存空间中  void foo(int *); void foo(int *pI){   pI = 2; // 直接操作i对应的内存空间，等同于i = 2 } int main(){   foo(pI);   printf("%s", i); // 返回2   return 0; }

内存结构：

PLT：说说Evaluation strategy

而C#可通过在形参上添加ref或out来设置采用Call-by-reference策略，Java和JavaScript就天生不支持也没有提供模拟的方式。

Call-by-sharing/object/object-sharing

采用该策略的语言暗示该语言主要基于引用类型而不是值类型。

Call by sharing implies that values in the language are based on objects rather than primitive types , i.e. that all values are " boxed ".

明显Java和受Java影响甚深的JavaScript就是采用这种策略的。

该策略特点和Call-by-value的个特点一致。

Call-by-copy-restore(copy in copy out, call-by-value-result, call-by-value-return)

暂时我还没接触到哪种语言采用了Call-by-copy-restore这种求值策略，它的运算过程主要分为两步：

1. 如Call-by-value的特点1那样，对实参进行拷贝操作，然后将副本传递到函数体内。重点是，即使实参为引用类型，也对引用所指向的对象进行拷贝，而不是仅拷贝指针而已。

效果：在函数体内对实参的任何操作（PutValue和Assignment）均不影响外部对应的变量。

2. 当退出函数执行上下文后，将实参值赋值到外部对应的变量。

/*** pseudo code ***/ var a = {} function foo(a){   a.name = 'fsjohnhuang'   console.log('within foo:' + a.name)   // 线程挂起1000ms   var sd = +new Date()   while(+new Date - sd < 1000); } // 异步执行foo var promise = foo.async(a) while(+new Date - sd < 100);  // 未退出foo的执行上下文时，访问a.name，返回undefined console.log(a.name) if (promise.done){   // 退出foo的执行上下文时，返回a.name，返回'fsjohnhuang'   console.log(a.name) }

Partial evaluation

即是部分实参在进入函数执行上下文前将不参与求值操作。示例如下：

var freeVar = {type: 'freeVar'} function getName(){   return freeVar } function print(msg, fn){   console.log(msg + fn()) }  // 调用print时getName将不会被马上求值 print('Hi,', getName)

可以看到上述print函数调用时不会马上对getName实参求值，但会马上对'Hi,'进行求值操作。而需要注意的地方是，由于getName是延迟计算，若函数体内存在自由变量（如freeVar）,那么后续的每次计算结果均有可能不同（也就是side effect）。

Non-strict evaluation(lazy-evaluation/calculation)

Non-strict Evaluation是指在执行函数体的过程中，需要用到该实参才进行运算的策略。还记得逻辑运算符(||,&&)的短路运算(short-circuit evaluation)吗？这个就是延迟计算其中一个实例。

下面我们一起来了解4种延迟计算策略吧！

Normal Order (Evaluation)

Normal Order又名leftmost outermost，中文翻译为“正常序列”，一般通过与Applicative Order作对比来理解效果较好。还记得Applicative Order可能会引起内存溢出的问题吗？那是因为Applicative Order会不断地对AST中层数最深的可规约表达式节点优先求值的缘故，而Normal Order则采用计算完AST中层数最浅的可规约表达式节点即可。

/ function definitions function foo(){   return false || foo() } function test(a, f){   console.log(a + f) } // main thread, 显示 "1false" test(1, foo())