在Scala中避免while循环有什么好处吗？答案

【问题标题】：Is there any advantage to avoiding while loops in Scala?在Scala中避免while循环有什么好处吗？
【发布时间】：2013-09-07 15:13:50
【问题描述】：

阅读专家编写的 Scala 文档可以得到这样的印象，即尾递归比 while 循环更好，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 }
        }   
    }
}

（需要明确的是，专家根本没有解决循环问题，但在示例中，他们选择以这种方式编写循环，就好像本能一样，这就是我提出的问题：我应该开发一个类似的本能..）

while 循环唯一可以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一个固定的位置，但是 Scala 选择不提供这种语法。

清晰是主观的，但问题是（尾）递归样式是否提供了改进的性能？

【问题讨论】：

标签： scala

【解决方案1】：

我很确定，由于 JVM 的限制，并不是每个潜在的尾递归函数都会被 Scala 编译器优化掉，所以对你的问题的简短（有时是错误的）回答性能是没有。

对您的更一般的问题（具有优势）的长答案有点做作。请注意，通过使用while，您实际上是：

创建一个包含计数器的新变量。
改变那个变量。

一个接一个的错误和可变性的危险将确保从长远来看，您将引入while 模式的错误。事实上，您的times 函数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创建。事实上，如果您正在调用的函数的类型与结果有关，那么while 构造将开始变得更加难以阅读。请尝试仅使用whiles 来实现以下内容：

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！那是作弊！foreach 既不是 while 也不是 tail-rec 电话”。哦真的吗？看看 Scala 对foreach 的定义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this blog post。一旦你进入函数式编程，疯狂地阅读 Rúnar 的blog post。更多信息 here 和 here。

【讨论】：

Scala 优化了直接尾递归。然而，并不总是很容易看出递归调用是否真的直接指向同一个方法。特别是，即使如果一个方法看似调用自己，它实际上也可能调用自己的重写或重载版本，从而使递归不再直接。如有疑问，@tailrec.
得承认我对函数式编程有点陌生，但是如果递减计数器是一种“危险”，那么那里有很多糟糕的代码，我想我会躲在我的房间里。 :-)
虽然对于范围的理解看起来很像一个不太通用的 java "for" 循环，但它们有一个问题，即在调试期间（至少使用 Intellij IDEA 插件）单步不进入正文的“for”（你必须在那里放一个断点），并且对外部类中的变量的引用不是“干净的”。当然，这些结构只是递增索引上循环的错觉，我想知道为什么 Scala 不为这种常用结构提供语法，即使它的使用可能比其他语言更受限制？
@MikeHanafey Scala 允许您编写 for (x <- 1 to 10) { do stuff with x }。你能简单到什么程度？它不需要特殊的语法。

【解决方案2】：

一般来说，直接尾递归函数（即总是直接调用自身并且不能被覆盖的函数）总是会被编译器优化为while 循环。您可以使用@tailrec 注释来验证编译器是否能够为特定函数执行此操作。

作为一般规则，任何尾递归函数都可以重写（通常由编译器自动）为while 循环反之亦然。

以（尾）递归风格编写函数的目的不是为了最大限度地提高性能甚至是简洁，而是为了使代码的意图尽可能清晰，同时最大限度地减少引入错误的机会（通过消除可变变量，这通常使跟踪函数的“输入”和“输出”变得更加困难）。一个正确编写的递归函数包括对终止条件的一系列检查（使用级联 if-else 或模式匹配）和递归调用（仅当不是尾递归时才复数），如果没有满足终止条件。

当存在多种不同的可能终止条件时，使用递归的好处最为显着。一系列if 条件或模式通常比单个while 条件与一大堆（可能复杂且相互关联的）布尔表达式&&'d 一起更容易理解，特别是如果返回值需要根据满足的终止条件而有所不同。

【讨论】：

感谢您最清楚地回答为什么实际上要关注尾递归函数。

【解决方案3】：

这些专家是否说性能是原因？我打赌他们的原因更多地与表达性代码和函数式编程有关。你能举出他们论点的例子吗？

递归解决方案可以比命令式替代方案更有效的一个有趣原因是，它们经常对列表进行操作，并且只使用头尾操作。这些操作实际上比对更复杂集合的随机访问操作要快。

基于 while 的解决方案可能效率较低的另一个原因是，随着问题复杂性的增加，它们会变得非常丑陋......

（在这一点上，我不得不说，你的例子不是一个好例子，因为你的循环都没有做任何有用的事情。你的递归循环特别不典型，因为它什么都不返回，这意味着你错过了一个专业关于递归函数的一点。功能位。递归函数比另一种重复相同操作n次的方式要多。）

While 循环不返回值并且需要副作用来实现任何目标。它是一种控制结构，仅适用于非常简单的任务。这是因为循环的每次迭代都必须检查所有状态以决定下一步做什么。如果有多个潜在的退出路径，loops 布尔表达式也可能变得非常复杂（或者这种复杂性必须分布在循环中的整个代码中，这可能是丑陋和令人困惑的）。

递归函数提供了一种更简洁的实现方式。一个好的递归解决方案将一个复杂的问题分解成更简单的部分，然后将每个部分委托给另一个可以处理它的函数 - 诀窍是另一个函数本身（或者可能是一个相互递归的函数，尽管这很少见在 Scala 中 - 与各种 Lisp 方言不同，它很常见 - 因为尾递归支持很差）。递归调用的函数在其参数中仅接收更简单的数据子集和相关状态；它只返回更简单问题的解决方案。因此，与 while 循环相比，

函数的每次迭代只需要处理问题的一个简单子集
每次迭代只关心其输入，而不关心整体状态
每个子任务中的成功由处理它的调用的返回值明确定义。
来自不同子任务的状态不能纠缠（因为它隐藏在每个递归函数调用中）。
多个出口点（如果存在）更容易清晰表示。

鉴于这些优势，递归可以更轻松地实现高效的解决方案。特别是如果您将可维护性视为长期效率的重要因素。

我要去寻找一些很好的代码示例来添加。同时，在这一点上我总是推荐The Little Schemer。我会继续解释为什么，但这是两天内该网站上的第二个 Scala 递归问题，所以请查看我的 previous answer。

【讨论】：