如何使用递归内联？答案

【问题标题】：How to use inline with recursion?如何使用递归内联？
【发布时间】：2018-02-03 10:56:11
【问题描述】：

来自Programming Language Pragmatics, by Scott，关于内联和递归：

在一般情况下，内联扩展也不是一个选项递归子程序。对于递归的偶尔情况调用是可能的，但不太可能，可能需要生成一个真实的递归子例程，但扩展该例程的一级在每个呼叫站点在线。

作为一个简单的例子，考虑一棵二叉树，它的叶子包含字符串。返回这棵树的边缘的例程（从左到右连接其叶子中的值）可能看起来像这样在 C++ 中：
string fringe(bin_tree *t) {
    // assume both children are nil or neither is
    if (t->left == 0) return t->val;
    return fringe(t->left) + fringe(t->right);
}
如果编译器使每个嵌套调用成为真正的子例程调用，则编译器可以内联扩展此代码。由于二进制中的一半节点树是叶子，这种扩展将消除一半的动态调用在运行时。

如果我们不仅扩展根调用，而且扩展（一层）这两个在真正的子程序版本中调用，只有四分之一原始动态调用将保留。

我无法理解以下句子：

“在每个呼叫站点在线扩展该例程的一级”
“如果此代码使每个嵌套调用成为真正的子例程调用，则行内扩展此代码。”
“在真正的子程序版本中，不仅扩展根调用，而且扩展两个调用（一层）”

它们实际上是什么意思？你能用给定的例子来解释它们吗，例如，展示每个句子的动作后的代码是什么样的？

谢谢。

【问题讨论】：

代码完全一样，但编译器可以决定内联一次调用，并保留同一函数的非内联版本。

标签： c++ recursion programming-languages inline computer-science

【解决方案1】：

到目前为止，理解这一点的最简单方法是将内联视为创建另一种二进制表示。例如。除了创建基本的string fringe(bin_tree *t)，编译器还可能决定创建string fringe__inlined(bin_tree *t)。而在fringe__inlined 中，实际的内联函数将是fringe 的一两个副本。

甚至可以通过这种方式创建fringe__inlined__inlined（如前所述，分为两个级别）。

【讨论】：

【解决方案2】：

一些编译器可以扩展和内联非常嵌套的递归调用。

例如下面的代码（这里我没有使用inline关键字！）：

static int fact(int n) {
    if (n<=1) return 1;
    else return n* fact(n-1);
}

extern "C" int f5();
int f5() {
    return fact(5);
}

由GCC 7.2（在 x86-64 上的 Linux/Debian/Sid 上）编译（使用 g++ -O2 -fverbose-asm -S）成一个返回 120 的简单函数：

         .text
         .p2align 4,,15
         .globl  f5
         .type   f5, @function
 f5:
 .LFB1:
         .cfi_startproc
 # e.cc:10: };
         movl    $120, %eax      #,
         ret
         .cfi_endproc
 .LFE1:
         .size   f5, .-f5
         .ident  "GCC: (Debian 7.2.0-1) 7.2.0"
         .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

请注意，fact 已完全内联，不会出现在生成的汇编代码中。

“在每个呼叫站点在线扩展该例程的一个级别”

这意味着f5 将被编译成等价于

int f5() { return 5*fact(4); }

fact 出现在生成的代码中并编译成递归（机器代码）函数（消耗调用堆栈）。

【讨论】：

【解决方案3】：

你能用给定的例子解释一下吗，例如，显示代码是什么样的

注意：编译器/优化器不会对您编写的 C++ 代码执行这些操作，而是在某些内部表示上执行这些操作。可以用 C++ 来演示这个想法，但由于语法和可读性问题，我们可能需要引入额外的更改，例如临时变量。

在每个呼叫站点在线扩展该例程的一个级别。

result = fringe(t);

变成

if (t->left == 0) result = t->val;
else result = fringe(t->left) + fringe(t->right);

在真正的子程序版本中，不仅扩展根调用，而且扩展（一层）两个调用

if (t->left == 0) result = t->val;
else {
    string left, right;

    // one level of expansion for left subtree
    if (t->left->left == 0) left = t->left->val;
    else left = fringe(t->left->left) + fringe(t->left->right);

    // one level of expansion for right subtree
    if (t->right->left == 0) right = t->right->val;
    else right = fringe(t->right->left) + fringe(t->right->right);

    result = left + right;
}

【讨论】：