C語言之尾遞迴

昨天被問到了尾遞迴及編譯器對它的處理相關，一直對它沒有研究過，解釋得很含糊。
回來查了下，記錄如下：

遞迴有線性遞迴（普通的遞迴）和尾遞迴。
由於尾遞迴的特殊性，一般的編譯器會做些特殊處理。因此，在效率和開銷上，比普通遞迴好。
舉個例子，計算n!
1)線性遞迴：
type recurve(long n)
{
      return  (n == 1) ? 1 : n * recurve(n - 1);
}
2)尾遞迴：
type recurve_tail(long n, long result)
{
          return (n == 1) ? result : recurve_tail(n - 1, result * n);  
}
再封裝成1）的形式：
type recurve(long n)
{
    return (n == 0) ? 1 : recurve_tail(n, 1);
}

分析：
很容易看出, 普通的線性遞迴比尾遞迴更加消耗資源。每次調用都使得調用鏈條不斷加長，系統不得不開闢新的棧進行資料儲存和恢複；而尾遞迴就
不存在這樣的問題, 因為他的狀態完全由n 和 a 儲存，並且，被調用函數返回的值即為要求的值，本函數再沒有作用，於是本函數不再儲存，直接在本函數堆棧上進行遞迴調用，
對於特殊情況，甚至可以不使用記憶體空間，直接在寄存器完成。

編譯器如何判斷是否尾遞迴？
返回的值是函數本身，沒有其它選擇。

看一下上述尾遞迴函式在gcc 4.3.2-1-1下未進行最佳化的編譯結果：
 1         .file  "rec.c"
 2         .text
 3 .globl recurve_tail
 4         .type  recurve_tail, @function
 5 recurve_tail:
 6         pushl  %ebp
 7         movl   %esp, %ebp
 8         subl   $24, %esp
 9         cmpl   $1,
8(%ebp)
10         je     .L2
11         movl  
12(%ebp), %eax
12         movl   %eax, %edx
13         imull  8(%ebp), %edx
14         movl  
8(%ebp), %eax
15         subl   $1, %eax
16         movl   %edx,
4(%esp)
17         movl   %eax, (%esp)
18         call  
recurve_tail
19         movl   %eax, -4(%ebp)
20         jmp    .L3
21 .L2:
22         movl  
12(%ebp), %eax
23         movl   %eax, -4(%ebp)
24 .L3:
25         movl   -4(%ebp), %eax
26         leave
27         ret
28         .size  recurve_tail, .-recurve_tail
29         .ident "GCC: (Debian 4.3.2-1.1)
4.3.2"
30         .section      
.note.GNU-stack,"",@progbits

未進行最佳化，與普通遞迴處理方式相同，新開闢了棧；再看-O3最佳化結果：

 1         .file  "rec.c"
 2         .text
 3         .p2align 4,,15
 4 .globl recurve_tail
 5         .type  recurve_tail, @function
 6 recurve_tail:
 7         pushl  %ebp
 8         movl   %esp, %ebp
 9         movl  
8(%ebp), %edx
10         movl  
12(%ebp), %eax
11         cmpl   $1, %edx
12         je     .L2
13         .p2align 4,,7
14         .p2align 3
15 .L5:
16         imull  %edx, %eax
17         subl   $1, %edx
18         cmpl   $1, %edx
19         jne    .L5
20 .L2:
21         popl   %ebp
22         ret
23         .size  recurve_tail, .-recurve_tail
24         .ident "GCC: (Debian 4.3.2-1.1)
4.3.2"
25         .section      
.note.GNU-stack,"",@progbits

 

此時，正如上面分析，一直在本空間計算，未開闢新棧。