JavaScript 中匿名函数的递归调用

原文链接

不管是什么编程语言，相信稍微写过几行代码的同学，对递归都不会陌生。 以一个简单的阶乘计算为例：

function factorial(n) {  
    if (n <= 1) {        return 1;
    } else {        return n * factorial(n-1);
    }
}

我们可以看出，递归就是在函数内部调用对自身的调用。 那么问题来了，我们知道在Javascript中，有一类函数叫做匿名函数，没有名称，怎么调用呢？当然你可以说，可以把匿名函数赋值给一个常量：

const factorial = function(n){  
     if (n <= 1) {        return 1;
    } else {        return n * factorial(n-1);
    }
}

这当然是可以的。但是对于一些像，函数编写时并不知道自己将要赋值给一个明确的变量的情况时，就会遇到麻烦了。如：

(function(f){
    f(10);
})(function(n){     if (n <= 1) {        return 1;
    } else {        return n * factorial(n-1);//太依赖于上下文变量名
    }
})//Uncaught ReferenceError: factorial is not defined(…)

那么存不存在一种完全不需要这种给予准确函数名(函数引用变量名)的方式呢？

arguments.callee

我们知道在任何一个function内部，都可以访问到一个叫做arguments的变量。

(function(){console.dir(arguments)})(1,2)

打印出这个arguments变量的细节，可以看出他是Arguments的一个实例，而且从数据结构上来讲，他是一个类数组。他除了类数组的元素成员和length属性外，还有一个callee方法。 那么这个callee方法是做什么的呢？我们来看下MDN

callee 是 arguments 对象的属性。在该函数的函数体内，它可以指向当前正在执行的函数。当函数是匿名函数时，这是很有用的， 比如没有名字的函数表达式 (也被叫做”匿名函数”)。

哈哈，很明显这就是我们想要的。接下来就是：

(function(f){    console.log(f(10));
})(function(n){     if (n <= 1) {        return 1;
    } else {        return n * arguments.callee(n-1);
    }
})//output: 3628800

但是还有一个问题，MDN的文档里明确指出

警告：在 ECMAScript 第五版 (ES5) 的 严格模式 中禁止使用 arguments.callee()。

哎呀，原来在ES5的use strict;中不给用啊，那么在ES6中，我们换个ES6的arrow function写写看：

((f) => console.log(f(10)))(    (n) => n <= 1? 1: arguments.callee(n-1))//Uncaught ReferenceError: arguments is not defined(…)

有一定ES6基础的同学，估计老早就想说了，箭头函数就是个简写形式的函数表达式，并且它拥有词法作用域的this值（即不会新产生自己作用域下的this, arguments, super 和 new.target等对象），且都是匿名的。

那怎么办呢？嘿嘿，我们需要借助一点FP的思想了。

Y组合子

关于Y Combinator的文章可谓数不胜数，这个由师从希尔伯特的著名逻辑学家Haskell B.Curry（Haskell语言就是以他命名的，而函数式编程语言里面的Curry手法也是以他命名）“发明”出来的组合算子（Haskell是研究组合逻辑(combinatory logic)的）仿佛有种神奇的魔力，它能够算出给定lambda表达式（函数）的不动点。从而使得递归成为可能。

这里需要告知一个概念不动点组合子：

不动点组合子（英语：Fixed-point combinator，或不动点算子）是计算其他函数的一个不动点的高阶函数。

函数f的不动点是一个值x使得f(x) = x。例如，0和1是函数 f(x) = x^2 的不动点，因为 0^2 = 0而 1^2 = 1。鉴于一阶函数（在简单值比如整数上的函数）的不动点是个一阶值，高阶函数f的不动点是另一个函数g使得f(g) = g。那么，不动点算子是任何函数fix使得对于任何函数f都有

f(fix(f)) = fix(f). 不动点组合子允许定义匿名的递归函数。它们可以用非递归的lambda抽象来定义.

在无类型lambda演算中众所周知的（可能是最简单的）不动点组合子叫做Y组合子。

接下来，我们通过一定的演算推到下这个Y组合子。

// 首先我们定义这样一个可以用作求阶乘的递归函数const fact = (n) => n<=1?1:n*fact(n-1)  
console.log(fact(5)) //120// 既然不让这个函数有名字，我们就先给这个递归方法一个叫做self的代号// 首先是一个接受这个递归函数作为参数的一个高阶函数const fact_gen = (self) => (n) => n<=1?1:n*self(n-1)  
console.log(fact_gen(fact)(5)) //120// 我们是将递归方法和参数n，都传入递归方法，得到这样一个函数const fact1 = (self, n) => n<=1?1:n*self(self, n-1)  
console.log(fact1(fact1, 5)) //120// 我们将fact1 柯理化，得到fact2const fact2 = (self) => (n) => n<=1?1:n*self(self)(n-1)  
console.log(fact2(fact2)(5)) //120// 惊喜的事发生了，如果我们将self(self)看做一个整体// 作为参数传入一个新的函数: (g)=> n<= 1? 1: n*g(n-1)const fact3 = (self) => (n) => ((g)=>n <= 1?1:n*g(n-1))(self(self))  
console.log(fact3(fact3)(5)) //120// fact3 还有一个问题是这个新抽离出来的函数，是上下文有关的// 他依赖于上文的n, 所以我们将n作为新的参数// 重新构造出这么一个函数: (g) => (m) => m<=1?1:m*g(m-1)const fact4 = (self) => (n) => ((g) => (m) => m<=1?1:m*g(m-1))(self(self))(n)  
console.log(fact4(fact4)(5))// 很明显fact4中的(g) => (m) => m<=1?1:m*g(m-1) 就是 fact_gen// 这就很有意思啦，这个fact_gen上下文无关了, 可以作为参数传入了const weirdFunc = (func_gen) => (self) => (n) => func_gen(self(self))(n)  
console.log(weirdFunc(fact_gen)(weirdFunc(fact_gen))(5)) //120// 此时我们就得到了一种Y组合子的形式了const Y_ = (gen) => (f) => (n)=> gen(f(f))(n)// 构造一个阶乘递归也很easy了const factorial = Y_(fact_gen)  
console.log(factorial(factorial)(5)) //120// 但上面这个factorial并不是我们想要的// 只是一种fact2,fact3,fact4的形式// 我们肯定希望这个函数的调用是factorial(5)// 没问题，我们只需要把定义一个 f' = f(f) = (f)=>f(f)// eg. const factorial = fact2(fact2)const Y = gen => n => (f=>f(f))(gen)(n)  
console.log(Y(fact2)(5)) //120  console.log(Y(fact3)(5)) //120  console.log(Y(fact4)(5)) //120

推导到这里，是不是已经感觉到脊背嗖凉了一下，反正笔者我第一次接触在康托尔、哥德尔、图灵——永恒的金色对角线这篇文章里接触到的时候，整个人瞬间被这种以数学语言去表示程序的方式所折服。

来，我们回忆下，我们最终是不是得到了一个不定点算子，这个算子可以找出一个高阶函数的不动点f(Y(f)) = Y(f)。 将一个函数传入一个算子(函数)，得到一个跟自己功能一样，但又并不是自己的函数，这个说法有些拗口，但又味道十足。

好了，我们回到最初的问题，怎么完成匿名函数的递归呢？有了Y组合子就很简单了：

/*求不动点*/(f => f(f))/*以不动点为参数的递归函数*/(fact => n => n <= 1 ? 1 : n * fact(fact)(n - 1)) 
/*递归函数参数*/ (5)// 120

曾经看到过一些说法是”最让人沮丧是，当你推导出它(Y组合子)后，完全没法儿通过只看它一眼就说出它到底是想干嘛”，而我恰恰认为这就是函数式编程的魅力，也是数学的魅力所在，精简优雅的公式，背后隐藏着复杂有趣的推导过程。

总结

务实点儿讲，匿名函数的递归调用，在日常的js开发中，用到的真的很少。把这个问题拿出来讲，主要是想引出对arguments的一些讲解和对Y组合子这个概念的一个普及。

但既然讲都讲了，我们真的用到的话，该怎么选择呢？来，我们喜闻乐见的benchmark下： 分别测试：

// fact fact(10)  
// Y(f => f(f))(fact => n => n <= 1 ? 1 : n * fact(fact)(n - 1))(10)// Y'const fix = (f) => f(f)  
const ygen = fix(fact2)  
ygen(10)  
// callee(function(n) {n<=1?1:n*arguments.callee(n-1)})(10)

环境：Macbook pro(2.5 GHz Intel Core i7), node-5.0.0(V8:4.6.85.28) 结果：

fact x 18,604,101 ops/sec ±2.22% (88 runs sampled)

Y x 2,799,791 ops/sec ±1.03% (87 runs sampled)

Y’ x 3,678,654 ops/sec ±1.57% (77 runs sampled)

callee x 2,632,864 ops/sec ±0.99% (81 runs sampled)

可见Y和callee的性能相差不多，因为需要临时构建函数，所以跟直接的fact递归调用有差不多一个数量级的差异,将不定点函数算出后保存下来，大概会有一倍左右的性能提升。