F＃有尾调用消除功能吗？

Question

在这次演讲中，在前8分钟，Runar解释说Scala在消除尾部呼叫方面存在问题，这让我想知道F＃是否有类似的问题？ 如果没有，为什么不呢？

Answer 1

Scala中正确尾调用的问题是工程权衡之一。 将SCC添加到Scala很容易：只需在SLS中添加一个句子即可。 Voilà：Scala中的PTC。 从语言设计的角度来看，我们已经完成了。

现在，糟糕的编译器编写者需要实现该规范。 好吧，使用PTC编译成一种语言很容易......但不幸的是，JVM字节代码不是这样的语言。 好的，那么GOTO呢？ 不。 延续？ 不。 例外（已知等同于Continuations）？ 啊，现在我们到了某个地方！ 因此，我们可以使用异常来实现PTC。 或者，或者，我们根本不能使用JVM调用堆栈并实现我们自己的堆栈。

毕竟，JVM上有多个Scheme实现，所有这些实现都支持PTC。 这是一个神话，你不能在JVM上安装PTC，只是因为JVM不支持它们。 毕竟，x86也没有它们，但是，有些语言在x86上运行。

因此，如果可以在JVM上实现PTC，那么为什么Scala不具备它们呢？ 就像我上面说的那样，你可以使用异常或你自己的堆栈来实现它们。 但是使用控件流的异常或实现自己的堆栈意味着期望JVM调用堆栈以某种方式显示的所有内容将不再起作用。

特别是，您将失去与Java工具生态系统（调试器，可视化器，静态分析器）的几乎所有互操作性。 您还必须构建与Java库互操作的桥梁，这将很慢，因此您也会失去与Java库生态系统的互操作。

但这是Scala的主要设计目标！ 这就是Scala没有PTC的原因。

在Clojure的设计师Rich Hickey之后，我称之为“Hickey's Theorem”，他曾在一次谈话中说道：“Tail Calls，Interop，Performance - Pick Two”。

您还会向JIT编译器提供一些非常不寻常的字节代码模式，它们可能不知道如何优化。

如果您要将F＃移植到JVM，您基本上必须做出这样的选择：您是否放弃了Tail Calls（您不能，因为它们是语言规范所要求的），您是放弃Interop还是放弃放弃表现？ 在.NET上，你可以拥有这三个，因为F＃中的Tail Calls可以简单地编译成MSIL中的Tail Calls。 （虽然实际的翻译比这个更复杂，但在某些极端情况下，MSIL中的Tail Calls的实现是错误的。）

这提出了一个问题：为什么不将尾调用添加到JVM？ 嗯，由于JVM字节代码中的设计缺陷，这非常困难。 设计人员希望JVM字节代码具有某些安全属性。 但是，而不是以这样的方式设计JVM字节代码语言，使得您无法首先编写不安全的程序（例如，在Java中，例如，您无法编写违反指针安全的程序，因为语言只是它不会让你首先访问指针），JVM字节代码本身是不安全的，需要一个单独的字节码验证器才能使其安全。

该字节码验证器基于堆栈检查，Tail Calls更改堆栈。 所以，这两者是很难调和，但JVM根本不没有字节码验证工作。 花了很长时间和一些非常聪明的人才最终弄清楚如何在JVM上实现Tail Calls而不会丢失字节码验证器（参见Clements和Felleisen的带有Stack Inspection的Tail-Recursive Machine以及 John 的VM尾部调用） Rose（JVM首席设计师） ），所以我们现在已经从一个开放式研究问题的阶段转移到“只是”一个开放式工程问题的阶段。

请注意，Scala和其他一些语言确实具有方法内直接尾递归。 然而，这是很无聊，实现明智的：它仅仅是一个while循环。 大多数目标都有while循环或类似的东西，例如JVM具有方法内GOTO 。 Scala还有scala.util.control.TailCalls对象 ，这是一种重新设计的蹦床。 （请参阅RúnarÓliBjarnason的Stackless Scala和Free Monads ，了解这个想法的更通用版本，它可以消除堆栈的所有使用，而不仅仅是尾部调用。）这可以用于在Scala中实现尾调用算法，但这与JVM堆栈不兼容，即它看起来不像是对其他语言或调试器的递归方法调用：

import scala.util.control.TailCalls._

def isEven(xs: List[Int]): TailRec[Boolean] =
  if (xs.isEmpty) done(true) else tailcall(isOdd(xs.tail))

def isOdd(xs: List[Int]): TailRec[Boolean] =
 if (xs.isEmpty) done(false) else tailcall(isEven(xs.tail))

isEven((1 to 100000).toList).result

def fib(n: Int): TailRec[Int] =
  if (n < 2) done(n) else for {
    x <- tailcall(fib(n - 1))
    y <- tailcall(fib(n - 2))
  } yield (x + y)

fib(40).result

Clojure具有recur特殊形式 ，也是一种明显的蹦床。

Answer 2

F＃没有尾调用的问题。 这是它的作用：

• 如果你有一个尾递归函数，编译器会生成一个带有变异的循环，因为这比生成.tail指令要快

• 在其他尾部调用位置（例如，当使用continuation或两个相互递归函数时），它会生成.tail指令，因此尾部调用由CLR处理

• 默认情况下，在Visual Studio的调试模式下关闭尾调用优化，因为这使调试更容易（您可以检查堆栈），但是如果需要，您可以在项目属性中打开它。

在过去，曾经有一些运行时（ .tail x64和Mono）的.tail指令存在问题，但所有这些都已修复，一切正常。

Answer 3

事实证明，对于正确的尾调用，您必须在“释放模式”下编译而不是默认的“调试模式”，或者打开项目属性，在“生成”菜单中，向下滚动并选中“生成尾调用” ”。 感谢Arnavion在IRC.freenode.net #fsharp上的提示。