C#中尾遞歸的使用、優(yōu)化及編譯器優(yōu)化
遞歸運(yùn)用
一個(gè)函數(shù)直接或間接的調(diào)用自身，這個(gè)函數(shù)即可叫做遞歸函數(shù)。
遞歸主要功能是把問(wèn)題轉(zhuǎn)換成較小規(guī)模的子問(wèn)題，以子問(wèn)題的解去逐漸逼近最終結(jié)果。
遞歸最重要的是邊界條件，這個(gè)邊界是整個(gè)遞歸的終止條件。
static int RecFact(int x)
{
if (x == 0)
return 1;
return x * RecFact(x - 1);
}
RecFact(10);
上面是個(gè)經(jīng)典階乘函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。這里分2步：
1.轉(zhuǎn)換，把10的階乘轉(zhuǎn)化成10*9!，10(9*8!)....每次轉(zhuǎn)換規(guī)模就變的更小。
2.逼近，轉(zhuǎn)換到最小規(guī)模時(shí)0!，求解1。開(kāi)始逆向合并逐漸逼近到10,得出解。
這里的x==0就是我們的邊界條件(即終止條件)，也有的依賴外部變量為邊界。
如果一個(gè)遞歸函數(shù)沒(méi)有邊界，也就無(wú)法停止(無(wú)限循環(huán)至內(nèi)存溢出)，當(dāng)然這樣也沒(méi)什么意義。
RecFact調(diào)用堆棧：
常見(jiàn)使用場(chǎng)景：
1.階乘/斐波那契數(shù)列/漢諾塔
2.遍歷硬盤文件
3.InnerExceptions異常撲捉(exception.InnerException==null)
尾遞歸優(yōu)化
當(dāng)邊界不明確的時(shí)候，遞歸就很容易出現(xiàn)溢出問(wèn)題。
在階乘過(guò)程中，堆棧需要保存每次(RecFact)調(diào)用的返回地址及當(dāng)時(shí)所有的局部變量狀態(tài)，期間堆?？臻g是無(wú)法釋放的(即容易出現(xiàn)溢出)。
為了優(yōu)化堆棧占用問(wèn)題，從而提出尾遞歸優(yōu)化的辦法。
static void TailRecursion(int x)
{
Console.WriteLine(x);
if (x == 10)
return;
TailRecursion(x + 1);
}
TailRecursion(0);
使用尾遞歸堆?？梢圆挥帽４嫔洗蔚暮瘮?shù)返回地址/各種狀態(tài)值，而方法遺留在堆棧上的數(shù)據(jù)完全可以釋放掉，這是尾遞歸優(yōu)化的核心思想。
由于尾遞歸期間，堆棧是可以釋放/再利用的，也就解決遞歸過(guò)深而引起的溢出問(wèn)題，這也是尾遞歸的優(yōu)勢(shì)所在。
編譯器優(yōu)化
尾遞歸優(yōu)化，看起來(lái)是蠻美好的，但在net中卻有點(diǎn)亂糟糟的感覺(jué)。
1.Net在C#語(yǔ)言中是JIT編譯成匯編時(shí)進(jìn)行優(yōu)化的。
2.Net在IL上，有個(gè)特殊指令tail去實(shí)現(xiàn)尾遞歸優(yōu)化的(F#中)。
我們執(zhí)行 TailRecursion(0)(x==1000000) 得出如下結(jié)論：
C#/64位/Release是有JIT編譯器進(jìn)行尾遞歸優(yōu)化的(非C#編譯器優(yōu)化)。
C#/32位或C#/Debug模式中JIT是不進(jìn)行優(yōu)化的。
F#在優(yōu)化尾遞歸也分2種情況：
1、 簡(jiǎn)單的尾遞歸優(yōu)化成while循環(huán)，如下：
let rec TailRecursion(x) =
if (x = 1000) then true
else TailRecursion(x + 1)
(方便演示C#呈現(xiàn))編譯器優(yōu)化成：
public static bool TailRecursion(int x)
{
while (x != 0x3e8)
{
x++;
}
return true;
}
2、 復(fù)雜的尾遞歸，F(xiàn)#編譯器會(huì)生成IL指令Tail進(jìn)行優(yōu)化，如下：
let TailRecursion2 a cont = cont (a + 1)
優(yōu)化成：
如何定義復(fù)雜的尾遞歸呢？通常是后繼傳遞模式(CPS)。
F#中在debug模式下，需要在編譯時(shí)配置：
總結(jié)
在C#語(yǔ)言(過(guò)程式/面向?qū)ο缶幊趟枷?中，優(yōu)先考慮的是循環(huán)，而不是遞歸/尾遞歸。 但在函數(shù)式編程思想當(dāng)中，遞歸/尾遞歸使用則是主流用法，就像在C#使用循環(huán)一樣。
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