そこで、プレーン C でどのように実行できるかを確認することにしました。
そこで、2 つの階乗プログラムを作成しました。最初のプログラムでは、テール コールの最適化を適用できます。このファクト関数を fact(n, 1) と呼びます。
unsigned long long int fact(int n, int cont)
{
if(n == 0)
return cont;
else return fact(n-1, n * cont);
}
2 つ目は、複数のスタック フレームが必要な通常の再帰です。
unsigned long long int fact(int n)
{
if(n == 0)
return 1;
else return n * fact(n-1);
}
これは、-O2 を使用して前者の 32 ビット コンパイラによって生成されたアセンブリです。
0x8048470 <fact>: push %ebp
0x8048471 <fact+1>: mov %esp,%ebp
0x8048473 <fact+3>: mov 0x8(%ebp),%edx
0x8048476 <fact+6>: mov 0xc(%ebp),%eax
0x8048479 <fact+9>: test %edx,%edx
0x804847b <fact+11>: je 0x8048488 <fact+24>
0x804847d <fact+13>: lea 0x0(%esi),%esi
0x8048480 <fact+16>: imul %edx,%eax
0x8048483 <fact+19>: sub $0x1,%edx
0x8048486 <fact+22>: jne 0x8048480 <fact+16>
0x8048488 <fact+24>: mov %eax,%edx
0x804848a <fact+26>: sar $0x1f,%edx
0x804848d <fact+29>: pop %ebp
0x804848e <fact+30>: ret
これは、-O2 を使用して後者の 32 ビット コンパイラによって生成されたアセンブリです。
0x8048470 <fact>: push %ebp
0x8048471 <fact+1>: mov %esp,%ebp
0x8048473 <fact+3>: push %edi
0x8048474 <fact+4>: push %esi
0x8048475 <fact+5>: push %ebx
0x8048476 <fact+6>: sub $0x14,%esp
0x8048479 <fact+9>: mov 0x8(%ebp),%eax
0x804847c <fact+12>: movl $0x1,-0x18(%ebp)
0x8048483 <fact+19>: movl $0x0,-0x14(%ebp)
0x804848a <fact+26>: test %eax,%eax
0x804848c <fact+28>: je 0x80484fc <fact+140>
0x804848e <fact+30>: mov %eax,%ecx
0x8048490 <fact+32>: mov %eax,%esi
0x8048492 <fact+34>: sar $0x1f,%ecx
0x8048495 <fact+37>: add $0xffffffff,%esi
0x8048498 <fact+40>: mov %ecx,%edi
0x804849a <fact+42>: mov %eax,%edx
0x804849c <fact+44>: adc $0xffffffff,%edi
0x804849f <fact+47>: sub $0x1,%eax
0x80484a2 <fact+50>: mov %eax,-0x18(%ebp)
0x80484a5 <fact+53>: movl $0x0,-0x14(%ebp)
0x80484ac <fact+60>: sub -0x18(%ebp),%esi
0x80484af <fact+63>: mov %edx,-0x20(%ebp)
0x80484b2 <fact+66>: sbb -0x14(%ebp),%edi
0x80484b5 <fact+69>: movl $0x1,-0x18(%ebp)
0x80484bc <fact+76>: movl $0x0,-0x14(%ebp)
0x80484c3 <fact+83>: mov %ecx,-0x1c(%ebp)
0x80484c6 <fact+86>: xchg %ax,%ax
0x80484c8 <fact+88>: mov -0x14(%ebp),%ecx
0x80484cb <fact+91>: mov -0x18(%ebp),%ebx
0x80484ce <fact+94>: imul -0x1c(%ebp),%ebx
0x80484d2 <fact+98>: imul -0x20(%ebp),%ecx
0x80484d6 <fact+102>: mov -0x18(%ebp),%eax
0x80484d9 <fact+105>: mull -0x20(%ebp)
0x80484dc <fact+108>: add %ebx,%ecx
0x80484de <fact+110>: add %ecx,%edx
0x80484e0 <fact+112>: addl $0xffffffff,-0x20(%ebp)
0x80484e4 <fact+116>: adcl $0xffffffff,-0x1c(%ebp)
0x80484e8 <fact+120>: mov -0x1c(%ebp),%ebx
0x80484eb <fact+123>: mov %eax,-0x18(%ebp)
0x80484ee <fact+126>: mov -0x20(%ebp),%eax
0x80484f1 <fact+129>: mov %edx,-0x14(%ebp)
0x80484f4 <fact+132>: xor %edi,%ebx
0x80484f6 <fact+134>: xor %esi,%eax
0x80484f8 <fact+136>: or %eax,%ebx
0x80484fa <fact+138>: jne 0x80484c8 <fact+88>
0x80484fc <fact+140>: mov -0x18(%ebp),%eax
0x80484ff <fact+143>: mov -0x14(%ebp),%edx
0x8048502 <fact+146>: add $0x14,%esp
0x8048505 <fact+149>: pop %ebx
0x8048506 <fact+150>: pop %esi
0x8048507 <fact+151>: pop %edi
0x8048508 <fact+152>: pop %ebp
0x8048509 <fact+153>: ret
両方のプログラムをコンパイルし、生成されたアセンブリを確認すると、両方のプログラムにまだ再帰呼び出しがあります。しかし、前者で -O2 オプション(上記のアセンブリ)を使用してコンパイルすると、再帰呼び出しがまったく表示されないため、gcc は末尾呼び出しの最適化を行っていると思います。
しかし、後者を -O2 オプションでコンパイルすると、再帰呼び出しも削除され、代わりに -O2 で前者に起こることと比較して、かなりの数のアセンブリ命令が配置されます。
後者でコンパイラが何をしているのか、O4 でも前者によって生成されたアセンブリに変換できない理由を正確に理解したかったのです。