Question

出于好奇，我试图使用C＃生成尾调用操作码。 Fibinacci很简单，所以我的c＃示例如下：

    private static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine(Fib(int.MaxValue, 0));
    }

    public static int Fib(int i, int acc)
    {
        if (i == 0)
        {
            return acc;
        }

        return Fib(i - 1, acc + i);
    }

如果我在发布中构建并在没有调试的情况下运行它，我就不会出现堆栈溢出。在没有优化的情况下调试或运行它，我确实得到了堆栈溢出，这意味着在发布时优化了尾部调用（这是我的预期）。

MSIL for this如下所示：

.method public hidebysig static int32 Fib(int32 i, int32 acc) cil managed
{
    // Method Start RVA 0x205e
    // Code Size 17 (0x11)
    .maxstack 8
    L_0000: ldarg.0 
    L_0001: brtrue.s L_0005
    L_0003: ldarg.1 
    L_0004: ret 
    L_0005: ldarg.0 
    L_0006: ldc.i4.1 
    L_0007: sub 
    L_0008: ldarg.1 
    L_0009: ldarg.0 
    L_000a: add 
    L_000b: call int32 [ConsoleApplication2]ConsoleApplication2.Program::Fib(int32,int32)
    L_0010: ret 
}

我希望看到msdn的尾部操作码，但它不存在。这让我想知道JIT编译器是否负责将它放在那里？我试图找到程序集（使用ngen install <exe>，导航到Windows程序集列表以获取它）并将其加载到ILSpy中，但它看起来与我相同：

.method public hidebysig static int32 Fib(int32 i, int32 acc) cil managed
{
    // Method Start RVA 0x3bfe
    // Code Size 17 (0x11)
    .maxstack 8
    L_0000: ldarg.0 
    L_0001: brtrue.s L_0005
    L_0003: ldarg.1 
    L_0004: ret 
    L_0005: ldarg.0 
    L_0006: ldc.i4.1 
    L_0007: sub 
    L_0008: ldarg.1 
    L_0009: ldarg.0 
    L_000a: add 
    L_000b: call int32 [ConsoleApplication2]ConsoleApplication2.Program::Fib(int32,int32)
    L_0010: ret 
}

我仍然没有看到它。

我知道F＃可以很好地处理尾部调用，所以我想比较一下F＃做了什么和C＃做了什么。我的F＃示例如下所示：

let rec fibb i acc =  
    if i = 0 then
        acc
    else 
        fibb (i-1) (acc + i)


Console.WriteLine (fibb 3 0)

为fib方法生成的IL看起来像这样：

.method public static int32 fibb(int32 i, int32 acc) cil managed
{
    // Method Start RVA 0x2068
    // Code Size 18 (0x12)
    .custom instance void [FSharp.Core]Microsoft.FSharp.Core.CompilationArgumentCountsAttribute::.ctor(int32[]) = { int32[](Mono.Cecil.CustomAttributeArgument[]) }
    .maxstack 5
    L_0000: nop 
    L_0001: ldarg.0 
    L_0002: brtrue.s L_0006
    L_0004: ldarg.1 
    L_0005: ret 
    L_0006: ldarg.0 
    L_0007: ldc.i4.1 
    L_0008: sub 
    L_0009: ldarg.1 
    L_000a: ldarg.0 
    L_000b: add 
    L_000c: starg.s acc
    L_000e: starg.s i
    L_0010: br.s L_0000
}

根据ILSpy的说法，相当于：

[Microsoft.FSharp.Core.CompilationArgumentCounts(Mono.Cecil.CustomAttributeArgument[])]
public static int32 fibb(int32 i, int32 acc)
{
    label1:
    if !(((i != 0))) 
    {
        return acc;
    }
    (i - 1);
    i = acc = (acc + i);;
    goto label1;
}

所以F＃使用goto语句生成尾调用？这不是我所期待的。

我并不是想在任何地方依赖尾调用，但我只是好奇那个操作码到底在哪里设置？ C＃是如何做到的？

Answer 1

C＃编译器没有为尾部调用优化提供任何保证，因为C＃程序通常使用循环，因此它们不依赖于尾部调用优化。因此，在C＃中，这只是一个可能会或可能不会发生的JIT优化（并且您不能依赖它）。

F＃编译器旨在处理使用递归的功能代码，因此它确实为您提供了有关尾部调用的一些保证。这有两种方式：

如果你编写一个自我调用的递归函数（比如你的fib），编译器会把它变成一个在体内使用循环的函数（这是一个简单的优化，生成的代码比使用尾部调用）
如果在更复杂的位置使用递归调用（当使用函数作为参数传递的连续传递样式时），编译器会生成一个尾调用指令，告诉JIT它必须使用尾调用。

作为第二种情况的示例，编译以下简单的F＃函数（F＃在调试模式下不执行此操作以简化调试，因此您可能需要发布模式或添加--tailcalls+）：

let foo a cont = cont (a + 1)

该函数只调用函数cont，第一个参数加1。在连续传递样式中，您有很长的此类调用序列，因此优化是至关重要的（如果没有一些尾调用处理，您根本无法使用此样式）。生成IL代码如下所示：

IL_0000: ldarg.1
IL_0001: ldarg.0
IL_0002: ldc.i4.1
IL_0003: add
IL_0004: tail.                          // Here is the 'tail' opcode!
IL_0006: callvirt instance !1 
  class [FSharp.Core] Microsoft.FSharp.Core.FSharpFunc`2<int32, !!a>::Invoke(!0)
IL_000b: ret

Answer 2

.Net中尾调用优化的情况非常复杂。据我所知，就像这样：

C＃编译器永远不会发出tail.操作码，它也不会自己进行尾调用优化。
F＃编译器有时会发出tail.操作码，有时通过发送不递归的IL来自行调用尾部优化。
CLR将尊重tail.操作码（如果存在），即使操作码不存在，64位CLR有时也会进行尾调用。

因此，在您的情况下，您没有在C＃编译器生成的IL中看到tail.操作码，因为它没有这样做。但该方法是尾调用优化的，因为即使没有操作码，CLR有时也会这样做。

在F＃案例中，您发现f＃编译器本身就进行了优化。

Answer 3

与.NET（Roslyn语言）中执行的所有优化一样，尾调用优化是由抖动而不是编译器执行的工作。理念是将工作放在抖动上是有用的，因为任何语言都会从中受益，编写和调试代码优化器通常很困难，每个架构只需执行一次。

您必须查看生成的机器代码才能看到它正在完成，Debug + Windows + Disassembly。进一步要求您通过查看使用工具+选项，调试，常规，抑制JIT优化未生成的版本构建代码来实现此目的。

x64代码如下所示：

        public static int Fib(int i, int acc) {
            if (i == 0) {
00000000  test        ecx,ecx 
00000002  jne         0000000000000008 
                return acc;
00000004  mov         eax,edx 
00000006  jmp         0000000000000011 
            }

            return Fib(i - 1, acc + i);
00000008  lea         eax,[rcx-1] 
0000000b  add         edx,ecx 
0000000d  mov         ecx,eax 
0000000f  jmp         0000000000000000              // <== here!!!
00000011  rep ret

注意标记的指令，跳转而不是通话。这是尾部调用优化工作。 .NET中的一个怪癖是32位x86抖动不执行此优化。只是一个他们可能永远无法解决的待办事项。这确实要求F＃编译器编写者不要忽略该问题并发出Opcodes.Tailcall。您将找到this answer中记录的抖动执行的其他优化。

生成尾调用操作码

3 个答案: