尾遞歸及其轉換
相當多的程序包含有循環，這些循環運行的時間占了程序總運行時間的很大一部分。這些循環經常要反復更新不止一個變量，而每個變量的更新又經常依賴於其它變量的值。
如果把迭代看成是尾遞歸函數，那麼，就可以把這些變量看成是函數的參數。簡單提醒一下：如果一個調用的返回值被作為調用函數的值立即返回，那麼，這個遞歸調用就是尾遞歸；尾遞歸不必記住調用時調用函數的上下文。
由於這一特點，在尾遞歸函數和循環之間有一個很好的對應關系：可以簡單地把每個遞歸調用看作是一個循環的多次迭代。但因為所有可變的參數值都一次傳給了遞歸調用，所以比起循環來，在尾遞歸中可以更容易地得到更新值。而且，難以使用的 break 語句也常常為函數的簡單返回所替代。
但在 Java 編程中，用這種方式表示迭代將導致效率低下，因為大量的遞歸調用有導致堆棧溢出的危險。
解決方案比較簡單：因為尾遞歸函數實際上只是編寫循環的一種更簡單的方式，所以就讓編譯器把它們自動轉換成循環形式。這樣您就同時利用了這兩種形式的優點。
但是，盡管大家都熟知如何把一個尾遞歸函數自動轉換成一個簡單循環，Java 規范卻不要求做這種轉換。不作這種要求的原因大概是：通常在面向對象的語言中，這種轉換不能靜態地進行。相反地，這種從尾遞歸函數到簡單循環的轉換必須由 JIT 編譯器動態地進行。
要理解為什麼會是這樣，考慮下面一個失敗的嘗試：在 Integers 集上，把 Iterator 中的元素相乘。
因為下面的程序中有一個錯誤，所以在運行時會拋出一個異常。但是，就象在本專欄以前的許多文章中已經論證的那樣，一個程序拋出的精確異常（跟很棒的錯誤類型標識符一樣）對於找到錯誤藏在程序的什麼地方並沒有什麼幫助，我們也不想編譯器以這種方式改變程序，以使編譯的結果代碼拋出一個不同的異常。
清單 1. 一個把 Integer 集的 Iterator 中的元素相乘的失敗嘗試
import Java.util.Iterator;
public class Example {
public int product(Iterator i) {
return productHelp(i, 0);
}
int productHelp(Iterator i, int accumulator) {
if (i.hasNext()) {
return productHelp(i, accumulator * ((Integer)i.next()).intValue());
}
else {
return accumulator;
}
}
}
注意 product 方法中的錯誤。product 方法通過把 accumulator 賦值為 0 調用 productHelp。它的值應為 1。否則，在類 Example 的任何實例上調用 product 都將產生 0 值，不管 Iterator 是什麼值。
假設這個錯誤終於被改正了，但同時，類 Example 的一個子類也被創建了，如清單 2 所示：
清單 2. 試圖捕捉象清單 1 這樣的不正確的調用
import Java.util.*;
class Example {
public int product(Iterator i) {
return productHelp(i, 1);
}
int productHelp(Iterator i, int accumulator) {
if (i.hasNext()) {
return productHelp(i, accumulator * ((Integer)i.next()).intValue());
}
else {
return accumulator;
}
}
}
// And, in a separate file:
import Java.util.*;
public class Example2 extends Example {
int productHelp(Iterator i, int accumulator) {
if (accumulator < 1) {
throw new RuntimeException("accumulator to productHelp must be >= 1");
}
else {
return super.productHelp(i, accumulator);
}
}
public static void main(String[] args) {
LinkedList l = new LinkedList();
l.add(new Integer(0));
new Example2().product(l.listIterator());
}
}
類 Example2 中的被覆蓋的 productHelp 方法試圖通過當 accumulator 小於“1”時拋出運行時異常來捕捉對 productHelp 的不正確調用。不幸的是，這樣做將引入一個新的錯誤。如果 Iterator 含有任何 0 值的實例，都將使 productHelp 在自身的遞歸調用上崩潰。
現在請注意，在類 Example2 的 main 方法中，創建了 Example2 的一個實例並調用了它的 product 方法。由於傳給這個方法的 Iterator 包含一個 0，因此程序將崩潰。
然而，您可以看到類 Example 的 productHelp 是嚴格尾遞歸的。假設一個靜態編譯器想把這個方法的正文轉換成一個循環，如清單 3 所示：
清單 3. 靜態編譯不會優化尾調用的一個示例
int productHelp(Iterator i, int accumulator) {
while (i.hasNext()) {
accumulator *= ((Integer)i.next()).intValue();
}
return accumulator;
}
於是，最初對 productHelp 的調用，結果成了對超類的方法的調用。超方法將通過簡單地在 iterator 上循環來計算其結果。不會拋出任何異常。
用兩個不同的靜態編譯器來編譯這段代碼，結果是一個會拋出異常，而另一個則不會，想想這是多麼讓人感到困惑。
