iOS objc_msgSend尾调用优化机制

本文基于Objective-C对象的尾调消息传递机制，详细分析OC对 objc_msgSend 的用优尾调用优化方式。

1. 什么是化机尾调用?

尾调用( TailCall)：某个函数的***一步仅仅只是调用了一个函数(可以是自身，可以是尾调另一个函数)。 QiShare提醒：注意 “仅仅” 两个字。用优

尾调用例子：

// 尾调用：  - (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {       /*  Some codes... */       if(num == 0) {        return [self funcA:num];// 尾调用->自身    }           if (num > 0) {        return [self funcB:num];// 尾调用->函数funcB    }           return [self funcC:num];// 尾调用->函数funcC}  

正例解释：funcA 的化机***一步仅仅调用了另一个函数。不论是尾调调用funcA、funcB还是用优funcC 都属于尾调用。(不论调用函数的化机位置在哪，只要***一步仅仅调用一个函数就行。尾调)

反例：不是用优尾调用的例子

// 不是尾调用1：  - (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {       NSInteger num = [self funcB:(num)];       return num;// 不是尾调用->***一步是返回一个值，而不是化机调用一个函数  }  

反例解释：不是尾调用。因为***一步是尾调返回一个值，而不是用优仅仅调用一个函数。免费源码下载

// 不是化机尾调用2： - (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {     return [self funcB:(num)] + 1;// 不是尾调用->原因：末尾有+1操作} 

反例解释：不是尾调用。因为***一步不仅调用了函数还有 +1 操作。

2. OC的尾调用优化体现在哪里?

小编准备了一个Demo：通过“断点”和“当前内存情况”查看有无尾调用优化。

场景一：无优化(因为追加了.0，不属于尾调用)

无优化Demo效果图：

这种场景下，每次函数调用一直在进栈，不断申请栈空间，***会栈溢出，最终导致崩溃。 空间复杂度O(n)，时间复杂度O(n)。

图解如下：

场景二：有尾调用优化

优化Demo效果图：

这种场景下，每次函数调用一直在重用栈帧，不申请栈空间。空间复杂度O(1)，时间复杂度O(n)。

图解如下：

3. OC是如何实现尾调用优化的?

这次讨论起因于《Effective Objective-C 2.0》的原文：

如果某函数的***一项操作是调用另外一个函数，那么就可以运用 “尾调用优化”技术。编译器会生成调转至另一函数所需的指令码，而且不会向调用堆栈中推入新的 “栈帧”(frame stack)。只有当某函数的***一个操作仅仅是免费信息发布网调用其他函数而 不会将其返回值另作他用时，才能执行 “尾调用优化”。

这项优化对 objc_msgSend非常关键，如果不这么做的话，那么每次调用Objective-C方法之前，都需要为调用objc_msgSend函数准备“栈帧”，大家在“栈踪迹”(stack trace)中可以看到这种“栈帧”。此外，如果不优化，还会过早地发生“栈溢出”(stack overflow)现象。

作者对尾调用的描述十分精简。在这里，QiShare团队对这段话进行了详细的分析：

(1)尾调用优化的本质：很简单，就是栈帧的复用。

(2)尾调用优化的条件有三点：

尾调用函数不需要访问当前栈帧中的变量。(变量可以作为形参，但是不能作为实参) 尾调用返回后，函数没有语句需要执行。(***一步仅仅只能执行一个函数) 尾调用结果就是函数的返回值。(不能有别的“附加品”，***一步仅仅只能是云服务器提供商执行一个函数)

(3)函数调用的过程：函数调用会在内存中申请一块“栈帧”，保存调用的地址和内部变量等信息。如果函数A内部调用函数B，那么在函数A的栈帧上就会加上一个函数B的栈帧。如果函数B再调用了函数C，那么函数A的栈帧上就会有序加上函数B和函数C的栈帧。如果C运行结束了，返回到函数B，C的栈帧才会消失。

(4)尾调用优化实现原理：当函数A的***一步仅仅是调用另一个函数B时(或者调用自身函数A)，这时，因为函数A的位置信息和内部变量已经不会再用到了，直接把函数A的栈帧交给函数B使用。

尾调用优化关键图解：

总结：

尾调用：某个函数的***一步仅仅调用了一个函数(可以是自身，可以是另一个函数)。 OC的尾调用优化的本质是：栈帧的复用 尾调用优化实现原理：当函数A的***一步仅仅是调用另一个函数B时(或者调用自身函数A)，这时，因为函数A的位置信息和内部变量已经不会再用到了，直接把函数A的栈帧交给函数B使用。

PS：尾调用优化在Release模式下才会有，Debug模式下没有。

源码地址： https://github.com/QiShare/QiRecursiveDemo.git

【本文是专栏机构360技术的原创文章，微信公众号“360技术（ id: qihoo_tech）”】

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