Question

出于性能原因，递归是否曾被 while 循环替代？我知道代码看起来更难看，但让我们举个例子：

void print_countdown(long long n) {
    if (n!=0) {
        printf("Placeholder for a function\n");
        print_countdown(n-1);
    } else 
        printf("Done!\n");
}

如果数字是 100 万，那么这将有以下开销：

100 万份 n var（从 rdi 中保存，放回 rdi 中进行递归调用，如果递归工作包含函数调用，否则可以留在 rdi 中。）
call func
push rbp ... pop 函数序言或用于堆栈对齐的其他内容，具体取决于优化级别和编译器选择。

换句话说，虽然代码是可读的，但对于超过 1000 次循环，这似乎更好地重写为：

void print_countdown(long long n) {
    while (n < MAX_LOOPS) {
        if (n!=0) {
            printf("Placeholder for a function\n");
            n = n-1;     
        } else
            printf("Done!");
    }
    
}

assembly code (Godbolt) 在 while 格式中看起来也简单得多 -- ~20 行 vs ~40 行。

进行这种循环重写是否很常见，并且在递归函数调用中是否存在无法将其重写为 loop 的情况？

Answer 1

是的，尾调用消除是一种常见的优化。如果您还没有看过，请查看 https://en.wikipedia.org/wiki/Tail_call，它详细讨论了这个主题。

<块引用>

GCC、LLVM/Clang 和英特尔编译器套件在更高的优化级别或在传递 -foptimize-sibling-calls 选项时为 C 和其他语言执行尾调用优化。尽管给定的语言语法可能不明确支持它，但只要编译器可以确定调用者和被调用者的返回类型是等效的，并且传递给两个函数的参数类型相同，或者需要调用堆栈上的总存储空间相同。

Wiki 页面还有一个汇编示例，说明优化器如何将递归例程修改为循环。

Answer 2

是的。

证明：https://godbolt.org/z/EqbnfY

此代码

#include <stdio.h>

void print_countdown(long long n) {
    if (n!=0) {
        // do_something
        print_countdown(n-1);
    } else 
        printf("Done!\n");
}

使用 x86-64 Clang 编译器和 -O2 优化生成此程序集（编译器甚至还生成注释！）

print_countdown(long long):                   # @print_countdown(long long)
        mov     edi, offset .Lstr
        jmp     puts                            # TAILCALL
.Lstr:
        .asciz  "Done!"

其他编译器生成类似的结果。

用while循环代替递归

2 个答案: