尾递归和编译器优化

最近看到尾递归，所谓的尾递归wiki解释如下：

尾部递归是一种编程技巧。递归函数是指一些会在函数内调用自己的函数，如果在递归函数中，递归调用返回的结果总被直接返回，则称为尾部递归。尾部递归的函数有助将算法转化成函数编程语言，而且从编译器角度来说，亦容易优化成为普通循环。这是因为从电脑的基本面来说，所有的循环都是利用重复移跳到代码的开头来实现的。如果有尾部归递，就只需要叠套一个堆栈，因为电脑只需要将函数的参数改变再重新调用一次。利用尾部递归最主要的目的是要优化，例如在Scheme语言中，明确规定必须针对尾部递归作优化。^[1][2]可见尾部递归的作用，是非常依赖于具体实现的。(http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%BE%E9%80%92%E5%BD%92)

举个例子，求一个数的阶乘：

long FactorialCal(long x)
{
    if(x==1)
        return x;
    return FactorialCal(x-1)*x;
}
long FactorialCal2(int x, int ncount, long lresult)
{
    if(x>ncount)
        return lresult;
    return FactorialCal2(x+1, ncount, x*lresult);
}

FactorialCal就是一般递归，而FactorialCal2则是尾递归调用，因为这种调用总是在函数末尾执行，并且不会用到调用函数里的任何局部变量。所以有些编译器对此进行优化，在被调用函数执行时，直接利用调用函数的堆栈，不需要重新开辟堆栈空间，所以一般不会导致递归中出现的栈溢出。而一般递归因为调用过程中会存储局部变量，所以调用次数太多时就会发生溢出。但是并不是所有编译器都会对尾递归进行优化，一般在函数式编程语言中会优化(可以参考这篇博文：http://www.cnblogs.com/JeffreyZhao/archive/2009/04/01/tail-recursion-explanation.html)。而我们使用的c，c++编译器默认不会对此优化，需要指定优化选项编译器才会主动优化尾递归代码。

这里列举一个利用递归求链表长度的例子：

 1 struct Node
 2 {
 3     int data;
 4     Node *pnext;
 5 };
 6 class List
 7 {
 8 private:
 9     Node *m_phead;
10 public:
11     List()
12     {
13         m_phead = new Node;
14         m_phead->data = 0;
15         m_phead->pnext = NULL;
16     }
17     ~List()
18     {
19         //.........;
20     }
21     const Node* GetHead() const
22     {
23         return m_phead;
24     }
25     void add(unsigned ncount)
26     {
27         unsigned index;
28         Node *ptail = m_phead;
29         Node *ptemp = m_phead;
30         while(ptemp!=NULL)
31         {
32             ptail = ptemp;
33             ptemp = ptemp->pnext;
34         }
35         for(index=0; index<ncount; index++)
36         {            
37             ptemp = new Node;
38             ptemp->data = index;
39             ptemp->pnext = NULL;
40             
41             ptail->pnext = ptemp;
42             ptail = ptemp;
43         }
44     }
45 };
46 int GetListLen(const Node *plist)
47 {
48     
49     if(plist == NULL)
50         return 0;
51     return GetListLen(plist->pnext)+1;
52 }
53 int GetListLen2(const Node *plist, int nlen)
54 {
55     if(plist == NULL)
56         return nlen;
57     return GetListLen2(plist->pnext, nlen+1);
58 }
59 int main(int argc, char **argv)
60 {
61     List ltest;
62     ltest.add(100000);
63     
64     //int nresult1 = GetListLen(ltest.GetHead());
65     int nresult2 = 0;
66     nresult2 = GetListLen2(ltest.GetHead(),nresult2);
67     //cout<<"nresult1="<<nresult1<<endl;
68     cout<<"nresult2="<<nresult2<<endl;
69     
70     return 0;
71 }

上面程序的编译器是g++。List的析构函数这里没有写，因为只是想验证一下，一般递归调用方式和尾递归调用方式下，编译器有没有区别对待。如果编译器能对尾递归进行优化，那么GetListLen2不会产生栈溢出，从而能正确求出链表长度。试验中我们构造了一个拥有1万个节点的链表，而两种递归方式都无法求出其长度(产生栈溢出)。所以编译器并没有对尾递归进行优化。在平时的编程过程中，尽可能的用循环代替递归，可以防止递归调用过程中的栈溢出。

 2013/9/2 ps: 感谢一楼的回复，我重新试了一下，对于vs的编译器，在指定优化选项为-O1及以上时，递归深度较大时，尾递归不会崩溃，而一般的递归就不行了，但是还有一个问题没有搞清楚，我看了汇编代码(下图所示，左边为优化后的，后边为没有优化的，可以看到编译器只是对寄存器的读写进行了优化)，发现优化后的汇编里面并没有将尾递归转化成循环，这很奇怪。另外，在StackOverFlow上有人告诉我，判断编译器是否对尾递归进行了优化，你可以在递归里面查看它的局部变量的地址是否改变，如果改变了就没有优化，如果没变则说明优化了，所以我按照这个办法试了一下，但是发现无论是否优化，尾递归里面的局部变量地址都发生了变化。对于gcc编译器，-O2优化选项会优化尾递归。

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http://blog.csdn.net/liu111qiang88/article/details/9255011

http://blog.csdn.net/gnuhpc/article/details/4368831