尾部调用优化是否适用于此功能？

Question

如果bar如果i是偶数，则调用bar（i / 2），否则，如果bar（3 * i + 1）调用bar，则递归函数bar将进行尾递归。

const int bar(const int i) 
{
  if (i < 2) return i;
  return i % 2 ? bar(i/2) : bar(3*i + 1);
}

但是，如果bar调用bar或foo，而后者具有与bar完全不同的局部变量集，该怎么办？

const int bar(const int i) 
{
  if (i < 2) return i;
  return i % 2 ? bar(i/2) : foo(3*i + 1);
  // where foo is very complicated recursive call that has 
  // 11 different user-defined/primitive type of
  // local variables that can't be optimized out
}

我的理解是尾部递归优化将使用调用方的堆栈。 在调用被调用方之前，调用方已经使用其局部变量完成了操作。 因此，被调用者可以重用它。 当调用方和被调用方具有相同的功能时，我的理解听起来不错（例如foo调用foo，bar调用bar）。 但是，如果堆栈大小和布局完全不同，并且被调用方可能是具有不同堆栈布局的多个不同功能之一，那么会发生什么？

首先，是尾递归吗？ （现在，我知道可以对尾部“调用”进行优化，但不是尾部“递归”。）其次，诸如gcc，clang等主要编译器会优化这种尾部调用吗？ （答案似乎是。）

如果被调用者（第二个代码示例中的foo）复杂得多怎么办？ 如果被叫方和主叫方互相调用（相互递归），那么在我的第二个代码示例中，该调用是否会优化尾部调用？ 如果被调用方（例如foo）是一个复杂的递归调用，它绝对不是尾部递归，并且对于编译器来说很难将其缩减为一个循环左右，那么它是否仍会进行尾部调用优化？

Answer 1

术语“尾递归”是呼叫站点的本地属性。 完全不受同一方法中其他调用的影响。

粗略地讲，如果在返回和封闭方法之间无需执行任何可执行代码，则该调用为尾部递归。

因此，示例中对bar()所有调用都是尾递归的。

但是请注意，如果您说

return i % 2 ? bar(i/2) : 1 + bar(3*i + 1);

那么第一个调用是尾递归调用，但是第二个调用不是因为加法1 +必须在返回后执行。

Answer 2

尾递归优化是否适用于此功能？

是的，尾递归优化适用于您的示例。 请查看汇编器https://godbolt.org/g/cSpUZw以获取第二个示例。 应用了更渐进的优化。 递归被循环替换。

bar(int):
  cmp edi, 1
  jg .L12
  jmp .L6
.L15:
  sar edi
  cmp edi, 1
  je .L14
.L12:
  test dil, 1
  jne .L15
  lea edi, [rdi+1+rdi*2]
  jmp foo(int)
.L14:
  mov eax, 1
  ret
.L6:
  mov eax, edi
  ret