iOS objc_msgSend尾调用优化机制

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

1. 什么是尾调用?

尾调用( TailCall)：某个函数的最后一步仅仅只是调用了一个函数(可以是自身，可以是另一个函数)。 QiShare提醒：注意 “仅仅” 两个字。

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 的最后一步仅仅调用了另一个函数。不论是调用funcA、funcB还是funcC 都属于尾调用。(不论调用函数的位置在哪，只要最后一步仅仅调用一个函数就行。)

反例：不是尾调用的例子

// 不是尾调用1：  
- (NSInteger)funcA:(NSInteger)num {       
NSInteger num = [self funcB:(num)];       
return num;// 不是尾调用->最后一步是返回一个值，而不是调用一个函数  
}  

反例解释：不是尾调用。因为最后一步是返回一个值，而不是仅仅调用一个函数。

// 不是尾调用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。因为最后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，最后会栈溢出，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：

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。(最后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”，最后一步仅仅只能是执行一个函数)

(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的最后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：某个函数的最后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的最后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