iOS objc_msgSend尾調用優化機制

作者：360技術 2019-03-26 08:15:45

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：