函数调用约定指定了函数参数和返回值传递方式，c++++ 中有 __cdecl、__stdcall 和 __fastcall 三种；栈帧管理涉及函数调用时栈上的内存分配。尾递归优化消除尾递归函数开销，通过编译器选项启用后可优化代码，避免创建新栈帧，提高性能，在实际应用中，如计算目录文件大小的函数可通过尾递归优化提升效率。

C++ 函数调用约定与栈帧管理：尾递归优化

引言

函数调用约定规定了函数之间如何传递参数和返回值。在 C++ 中，有三种主要的函数调用约定：__cdecl、__stdcall 和 __fastcall。栈帧管理涉及调用函数时栈上的内存分配。了解函数调用约定和栈帧管理对于编写高效的 C++ 代码至关重要。

函数调用约定

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在 __cdecl 调用约定中，参数从右向左按值传递到栈上。调用函数负责清理栈。

int sum(int a, int b) __cdecl {
  return a + b;
}

在 __stdcall 调用约定中，参数从左向右按值传递到栈上。被调函数负责清理栈。

int sum(int a, int b) __stdcall {
  return a + b;
}

在 __fastcall 调用约定中，前两个参数通过寄存器传递，其余参数通过栈传递。

int sum(int a, int b, int c) __fastcall {
  return a + b + c;
}

栈帧管理

当调用函数时，栈上会分配一个栈帧，其中包含以下内容：

• 参数：函数的参数
• 局部变量：函数内部声明的变量
• 返回地址：调用函数的地址
• 帧指针：指向栈帧基地址的指针

当函数返回时，其栈帧被弹出栈。

尾递归优化

尾递归优化是一种编译器优化技术，用于消除尾递归函数的开销。尾递归函数是指最后一个执行的函数调用是自身调用的函数。通常，每次进行尾递归调用时都会创建一个新的栈帧。然而，编译器可以优化代码以避免创建新的栈帧，从而提高性能。

例如，以下尾递归函数计算斐波那契数：

int fib(int n) {
  if (n <= 1) {
    return n;
  } else {
    return fib(n - 1) + fib(n - 2);
  }
}

使用编译器选项启用尾递归优化后，编译器可以将上述代码优化为：

int fib(int n) {
  int a = 0, b = 1;
  while (n-- > 0) {
    b += a;
    a = b - a;
  }
  return a;
}

优化后的代码使用循环而不是递归，从而避免了创建新的栈帧。

实战案例

考虑一个计算目录中文件大小的函数：

int dir_size(const char* path) {
  int size = 0;

  DIR* dir = opendir(path);
  if (dir == NULL) {
    return -1;
  }

  struct dirent* ent;
  while ((ent = readdir(dir)) != NULL) {
    if (strcmp(ent->d_name, ".") == 0 || strcmp(ent->d_name, "..") == 0) {
      continue;
    }

    char new_path[strlen(path) + strlen(ent->d_name) + 2];
    sprintf(new_path, "%s/%s", path, ent->d_name);

    struct stat st;
    if (stat(new_path, &st) == -1) {
      continue;
    }

    if (S_ISDIR(st.st_mode)) {
      size += dir_size(new_path);
    } else {
      size += st.st_size;
    }
  }

  closedir(dir);
  return size;
}

此函数使用递归来遍历目录结构。启用尾递归优化后，编译器可以优化递归调用，从而提高函数的性能。