Ruby 是否执行尾调用优化？答案

【问题标题】：Does Ruby perform Tail Call Optimization?Ruby 是否执行尾调用优化？
【发布时间】：2010-10-23 21:34:34
【问题描述】：

函数式语言导致使用递归来解决很多问题，因此其中许多执行尾调用优化 (TCO)。 TCO 导致从另一个函数（或自身，在这种情况下，此功能也称为尾递归消除，它是 TCO 的一个子集）调用一个函数，作为该函数的最后一步，不需要新的堆栈帧，从而减少开销和内存使用。

Ruby 显然从函数式语言中“借用”了一些概念（lambda、map 等函数等），这让我很好奇：Ruby 是否执行尾调用优化？

【问题讨论】：

标签： ruby functional-programming tail-recursion

【解决方案1】：

不，Ruby 不执行 TCO。但是，它也不不执行 TCO。

Ruby 语言规范没有提及 TCO。它没有说你必须这样做，但也没有说你不能这样做。你只是不能依赖它。

这与 Scheme 不同，其中语言规范要求所有实现必须执行 TCO。但它也与 Python 不同，Guido van Rossum 在 Python 中多次明确表示（上一次只是几天前）Python 实现不应该执行 TCO。

Yukihiro Matsumoto 很同情 TCO，他只是不想强迫所有实现支持它。不幸的是，这意味着您不能依赖 TCO，否则，您的代码将无法再移植到其他 Ruby 实现。

因此，一些 Ruby 实现执行 TCO，但大多数不执行。例如，YARV 支持 TCO，尽管（目前）您必须明确取消注释源代码中的一行并重新编译 VM，以激活 TCO——在未来的版本中，它将默认启用，在实现证明之后稳定的。 Parrot 虚拟机本身就支持 TCO，因此 Cardinal 也可以很容易地支持它。 CLR 对 TCO 有一些支持，这意味着 IronRuby 和 Ruby.NET 可能会做到这一点。鲁比尼乌斯或许也能做到。

但是 JRuby 和 XRuby 不支持 TCO，而且他们可能不会，除非 JVM 本身获得对 TCO 的支持。问题是这样的：如果你想有一个快速的实现，和Java的快速无缝集成，那么你应该与Java堆栈兼容，并尽可能使用JVM的堆栈。您可以很容易地使用蹦床或显式延续传递样式实现 TCO，但是您不再使用 JVM 堆栈，这意味着每次您想调用 Java 或从 Java 调用 Ruby 时，都必须执行某种转换，很慢。因此，XRuby 和 JRuby 选择了速度和 Java 集成，而不是 TCO 和延续（基本上有同样的问题）。

这适用于希望与某些不支持本机 TCO 的主机平台紧密集成的所有 Ruby 实现。例如，我猜 MacRuby 也会遇到同样的问题。

【讨论】：

我可能弄错了（如果是，请赐教），但我怀疑 TCO 在真正的 OO 语言中是否有意义，因为尾调用必须能够重用调用者堆栈帧。由于使用后期绑定，在编译时不知道消息发送会调用哪个方法，因此似乎很难确保（可能使用类型反馈 JIT，或者通过强制消息的所有实现者使用堆栈帧大小相同，或将 TCO 限制为自发送相同的消息……）。
这是一个很好的回应。通过谷歌不容易找到该信息。有趣的是 yarv 支持它。
Damien，事实证明，对于真正的 OO 语言，TCO 实际上是必需的：请参阅projectfortress.sun.com/Projects/Community/blog/…。不要太担心堆栈帧的问题：完全可以合理地设计堆栈帧，以便它们与 TCO 很好地配合。
tonyg 将 GLS 引用的帖子从灭绝中保存下来，在此处进行镜像：eighty-twenty.org/index.cgi/tech/oo-tail-calls-20111001.html
我正在做一个homework assignment，它要求我反汇编一组任意深度的嵌套数组。明显的方法是递归，在线类似的用例（我可以找到）使用递归。即使没有 TCO，我的特定问题也不太可能爆发，但如果不切换到迭代，我就无法编写一个完全通用的解决方案，这让我很困扰。

【解决方案2】：

更新：以下是对 Ruby 中 TCO 的很好解释：http://nithinbekal.com/posts/ruby-tco/

更新：您可能还想查看 tco_method gem：http://blog.tdg5.com/introducing-the-tco_method-gem/

在 Ruby MRI（1.9、2.0 和 2.1）中，您可以通过以下方式开启 TCO：

RubyVM::InstructionSequence.compile_option = {
  :tailcall_optimization => true,
  :trace_instruction => false
}

有一个提议在 Ruby 2.0 中默认开启 TCO。它还解释了随之而来的一些问题：Tail call optimization: enable by default?.

链接摘录：

一般来说，尾递归优化包括另一种优化技术——“调用”到“跳转”转换。在我看来，很难应用这种优化，因为认识到在 Ruby 的世界里，“递归”很困难。

下一个例子。 “else”子句中的 fact() 方法调用不是“尾巴” 打电话”。

def fact(n) 
  if n < 2
    1 
 else
   n * fact(n-1) 
 end 
end

如果你想在 fact() 方法上使用尾调用优化，你需要更改 fact() 方法如下（继续传递样式）。

def fact(n, r) 
  if n < 2 
    r
  else
    fact(n-1, n*r)
  end
end

【讨论】：

【解决方案3】：

它可以有，但不保证：

https://bugs.ruby-lang.org/issues/1256

【讨论】：

链接已失效。
@karatedog：谢谢，已更新。虽然说实话，参考可能已经过时了，因为这个错误现在已经有 5 年了，并且从那时起就在同一主题上进行了活动。
是的 :-) 我刚刚阅读了有关该主题的内容，我看到在 Ruby 2.0 中它可以从源代码启用（不再需要修改和重新编译 C 源代码）。

【解决方案4】：

TCO 也可以通过在编译前调整 vm_opts.h 中的几个变量来编译： https://github.com/ruby/ruby/blob/trunk/vm_opts.h#L21

// vm_opts.h
#define OPT_TRACE_INSTRUCTION        0    // default 1
#define OPT_TAILCALL_OPTIMIZATION    1    // default 0

【讨论】：

【解决方案5】：

这建立在 Jörg 和 Ernest 的答案之上。基本上这取决于实现。

我无法得到 Ernest 对 MRI 工作的回答，但这是可行的。我发现this example 适用于 MRI 1.9 到 2.1。这应该打印一个非常大的数字。如果您没有将 TCO 选项设置为 true，您应该会收到“堆栈太深”错误。

source = <<-SOURCE
def fact n, acc = 1
  if n.zero?
    acc
  else
    fact n - 1, acc * n
  end
end

fact 10000
SOURCE

i_seq = RubyVM::InstructionSequence.new source, nil, nil, nil,
  tailcall_optimization: true, trace_instruction: false

#puts i_seq.disasm

begin
  value = i_seq.eval

  p value
rescue SystemStackError => e
  p e
end

【讨论】：