iOS objc_msgSend尾調用優化機制
本文基于Objective-C對象的消息傳遞機制，詳細分析OC對 objc_msgSend 的尾調用優化方式。
1. 什么是尾調用?
尾調用( TailCall)：某個函數的***一步僅僅只是調用了一個函數(可以是自身，可以是另一個函數)。 QiShare提醒：注意 “僅僅” 兩個字。
尾調用例子：
- // 尾調用：
- - (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {
- /* Some codes... */
- if(num == 0) { return [self funcA:num];// 尾調用->自身 }
- if (num > 0) { return [self funcB:num];// 尾調用->函數funcB }
- return [self funcC:num];// 尾調用->函數funcC}
正例解釋：funcA 的***一步僅僅調用了另一個函數。不論是調用funcA、funcB還是funcC 都屬于尾調用。(不論調用函數的位置在哪，只要***一步僅僅調用一個函數就行。)
反例：不是尾調用的例子
- // 不是尾調用1：
- - (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {
- NSInteger num = [self funcB:(num)];
- return num;// 不是尾調用->***一步是返回一個值，而不是調用一個函數
- }
反例解釋：不是尾調用。因為***一步是返回一個值，而不是僅僅調用一個函數。
- // 不是尾調用2：
- - (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {
- return [self funcB:(num)] + 1;// 不是尾調用->原因：末尾有+1操作}
反例解釋：不是尾調用。因為***一步不僅調用了函數還有 +1 操作。
2. OC的尾調用優化體現在哪里?
小編準備了一個Demo：通過“斷點”和“當前內存情況”查看有無尾調用優化。
場景一：無優化(因為追加了.0，不屬于尾調用)
無優化Demo效果圖：
這種場景下，每次函數調用一直在進棧，不斷申請棧空間，***會棧溢出，最終導致崩潰。 空間復雜度O(n)，時間復雜度O(n)。
圖解如下：
場景二：有尾調用優化
優化Demo效果圖：
這種場景下，每次函數調用一直在重用棧幀，不申請棧空間。空間復雜度O(1)，時間復雜度O(n)。
圖解如下：
3. OC是如何實現尾調用優化的?
這次討論起因于《Effective Objective-C 2.0》的原文：
| 如果某函數的***一項操作是調用另外一個函數，那么就可以運用 “尾調用優化”技術。編譯器會生成調轉至另一函數所需的指令碼，而且不會向調用堆棧中推入新的 “棧幀”(frame stack)。只有當某函數的***一個操作僅僅是調用其他函數而 不會將其返回值另作他用時，才能執行 “尾調用優化”。
這項優化對 objc_msgSend非常關鍵，如果不這么做的話，那么每次調用Objective-C方法之前，都需要為調用objc_msgSend函數準備“棧幀”，大家在“棧蹤跡”(stack trace)中可以看到這種“棧幀”。此外，如果不優化，還會過早地發生“棧溢出”(stack overflow)現象。 |
作者對尾調用的描述十分精簡。在這里，QiShare團隊對這段話進行了詳細的分析：
(1)尾調用優化的本質：很簡單，就是棧幀的復用。
(2)尾調用優化的條件有三點：
- 尾調用函數不需要訪問當前棧幀中的變量。(變量可以作為形參，但是不能作為實參)
- 尾調用返回后，函數沒有語句需要執行。(***一步僅僅只能執行一個函數)
- 尾調用結果就是函數的返回值。(不能有別的“附加品”，***一步僅僅只能是執行一個函數)
(3)函數調用的過程：函數調用會在內存中申請一塊“棧幀”，保存調用的地址和內部變量等信息。如果函數A內部調用函數B，那么在函數A的棧幀上就會加上一個函數B的棧幀。如果函數B再調用了函數C，那么函數A的棧幀上就會有序加上函數B和函數C的棧幀。如果C運行結束了，返回到函數B，C的棧幀才會消失。
(4)尾調用優化實現原理：當函數A的***一步僅僅是調用另一個函數B時(或者調用自身函數A)，這時，因為函數A的位置信息和內部變量已經不會再用到了，直接把函數A的棧幀交給函數B使用。
尾調用優化關鍵圖解：
總結：
- 尾調用：某個函數的***一步僅僅調用了一個函數(可以是自身，可以是另一個函數)。
- OC的尾調用優化的本質是：棧幀的復用
- 尾調用優化實現原理：當函數A的***一步僅僅是調用另一個函數B時(或者調用自身函數A)，這時，因為函數A的位置信息和內部變量已經不會再用到了，直接把函數A的棧幀交給函數B使用。
PS：尾調用優化在Release模式下才會有，Debug模式下沒有。
源碼地址： https://github.com/QiShare/QiRecursiveDemo.git
【本文是51CTO專欄機構360技術的原創文章，微信公眾號“360技術（ id: qihoo_tech）”】
