c - 什么是蹦床功能？

Question

在最近的工作讨论中，有人提到了蹦床功能。

我已阅读Wikipedia上的描述。给出功能的一般概念就足够了，但我想要更具体的东西。

你有一个简单的代码片段来说明蹦床吗？

Answer 1

如维基百科所述，还有 LISP 的“蹦床”感觉：

在某些 LISP 实现中使用的蹦床是一个循环，它迭代地调用 thunk-returning 函数。一个蹦床就足以表达一个程序的所有控制转移；如此表达的节目是蹦床式或“蹦床式”；将程序转换为蹦床风格就是蹦床。Trampolined 函数可用于在面向堆栈的语言中实现尾递归函数调用

假设我们正在使用 Javascript，并且想要以连续传递样式编写简单的斐波那契函数。我们这样做的原因无关紧要——例如将 Scheme 移植到 JS，或者使用 CPS，无论如何我们都必须使用它来调用服务器端函数。

所以，第一次尝试是

function fibcps(n, c) {
    if (n <= 1) {
        c(n);
    } else {
        fibcps(n - 1, function (x) {
            fibcps(n - 2, function (y) {
                c(x + y)
            })
        });
    }
}

但是，n = 25在 Firefox 中运行它会出现错误“递归过多！”。现在这正是蹦床解决的问题（Javascript 中缺少尾调用优化）。与其对函数进行（递归）调用，不如让我们return使用指令（thunk）来调用该函数，并在循环中进行解释。

function fibt(n, c) {
    function trampoline(x) {
        while (x && x.func) {
            x = x.func.apply(null, x.args);
        }
    }

    function fibtramp(n, c) {
        if (n <= 1) {
            return {func: c, args: [n]};
        } else {
            return {
                func: fibtramp,
                args: [n - 1,
                    function (x) {
                        return {
                            func: fibtramp,
                            args: [n - 2, function (y) {
                                return {func: c, args: [x + y]}
                            }]
                        }
                    }
                ]
            }
        }
    }

    trampoline({func: fibtramp, args: [n, c]});
}

Answer 2

让我添加几个使用不同语言的蹦床实现的阶乘函数示例：

斯卡拉：

sealed trait Bounce[A]
case class Done[A](result: A) extends Bounce[A]
case class Call[A](thunk: () => Bounce[A]) extends Bounce[A]

def trampoline[A](bounce: Bounce[A]): A = bounce match {
  case Call(thunk) => trampoline(thunk())
  case Done(x) => x
}

def factorial(n: Int, product: BigInt): Bounce[BigInt] = {
    if (n <= 2) Done(product)
    else Call(() => factorial(n - 1, n * product))
}

object Factorial extends Application {
    println(trampoline(factorial(100000, 1)))
}

爪哇：

import java.math.BigInteger;

class Trampoline<T> 
{
    public T get() { return null; }
    public Trampoline<T>  run() { return null; }

    T execute() {
        Trampoline<T>  trampoline = this;

        while (trampoline.get() == null) {
            trampoline = trampoline.run();
        }

        return trampoline.get();
    }
}

public class Factorial
{
    public static Trampoline<BigInteger> factorial(final int n, final BigInteger product)
    {
        if(n <= 1) {
            return new Trampoline<BigInteger>() { public BigInteger get() { return product; } };
        }   
        else {
            return new Trampoline<BigInteger>() { 
                public Trampoline<BigInteger> run() { 
                    return factorial(n - 1, product.multiply(BigInteger.valueOf(n)));
                } 
            };
        }
    }

    public static void main( String [ ] args )
    {
        System.out.println(factorial(100000, BigInteger.ONE).execute());
    }
}

C（不幸没有大数字实现）：

#include <stdio.h>

typedef struct _trampoline_data {
  void(*callback)(struct _trampoline_data*);
  void* parameters;
} trampoline_data;

void trampoline(trampoline_data* data) {
  while(data->callback != NULL)
    data->callback(data);
}

//-----------------------------------------

typedef struct _factorialParameters {
  int n;
  int product;
} factorialParameters;

void factorial(trampoline_data* data) {
  factorialParameters* parameters = (factorialParameters*) data->parameters;

  if (parameters->n <= 1) {
    data->callback = NULL;
  }
  else {
    parameters->product *= parameters->n;
    parameters->n--;
  }
}

int main() {
  factorialParameters params = {5, 1};
  trampoline_data t = {&factorial, &params};

  trampoline(&t);
  printf("\n%d\n", params.product);

  return 0;
}

Answer 3

我将举一个我在在线游戏的反作弊补丁中使用的示例。

我需要能够扫描游戏加载的所有文件以进行修改。因此，我发现最可靠的方法是对 CreateFileA 使用蹦床。所以当游戏启动时，我会使用 GetProcAddress 找到 CreateFileA 的地址，然后我会修改函数的前几个字节并插入汇编代码，这些代码会跳转到我自己的“蹦床”函数，在那里我会做一些事情，并且然后我会在我的 jmp 代码之后跳回到 CreateFile 中的下一个位置。能够可靠地做到这一点比这要复杂一些，但基本概念只是挂钩一个函数，强制它重定向到另一个函数，然后跳回原始函数。

编辑：微软有一个你可以查看的此类事物的框架。所谓的弯路

Answer 4

我目前正在尝试为 Scheme 解释器实现尾调用优化的方法，所以目前我正试图弄清楚蹦床对我来说是否可行。

据我了解，它基本上只是蹦床函数执行的一系列函数调用。每个函数称为 thunk 并返回计算的下一步，直到程序终止（空继续）。

这是我为提高对蹦床的理解而编写的第一段代码：

#include <stdio.h>

typedef void *(*CONTINUATION)(int);

void trampoline(CONTINUATION cont)
{
  int counter = 0;
  CONTINUATION currentCont = cont;
  while (currentCont != NULL) {
    currentCont = (CONTINUATION) currentCont(counter);
    counter++;
  }
  printf("got off the trampoline - happy happy joy joy !\n");
}

void *thunk3(int param)
{
  printf("*boing* last thunk\n");
  return NULL;
}

void *thunk2(int param)
{
  printf("*boing* thunk 2\n");
  return thunk3;
}

void *thunk1(int param)
{
  printf("*boing* thunk 1\n");
  return thunk2;
}

int main(int argc, char **argv)
{
  trampoline(thunk1);
}

结果是：

meincompi $ ./trampoline 
*boing* thunk 1
*boing* thunk 2
*boing* last thunk
got off the trampoline - happy happy joy joy !

Answer 5

这是嵌套函数的示例：

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/* sort an array, starting at address `base`,
 * containing `nmemb` members, separated by `size`,
 * comparing on the first `nbytes` only. */
void sort_bytes(void *base,  size_t nmemb, size_t size, size_t nbytes) {
    int compar(const void *a, const void *b) {
        return memcmp(a, b, nbytes);
    }
    qsort(base, nmemb, size, compar);
}

compar不能是外部函数，因为它使用nbytes，仅在sort_bytes调用期间存在。在某些架构上，一个小的存根函数——蹦床——是在运行时生成的，它包含当前调用sort_bytes. 调用时，它会跳转到compar代码，并传递该地址。

PowerPC 等架构不需要这种混乱，其中 ABI 指定函数指针实际上是一个“胖指针”，一个包含指向可执行代码的指针和另一个指向数据的指针的结构。但是，在 x86 上，函数指针只是一个指针。

Answer 6

对于 C，蹦床将是一个函数指针：

size_t (*trampoline_example)(const char *, const char *);
trampoline_example= strcspn;
size_t result_1= trampoline_example("xyzbxz", "abc");

trampoline_example= strspn;
size_t result_2= trampoline_example("xyzbxz", "abc");

编辑：编译器会隐式生成更深奥的蹦床。一种这样的用途是跳转表。（虽然你开始尝试生成复杂的代码，但显然有更复杂的代码。）

Answer 7

既然 C# 有Local Functions，保龄球游戏编码 kata可以用蹦床优雅地解决：

using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Game
{
    internal static int RollMany(params int[] rs) 
    {
        return Trampoline(1, 0, rs.ToList());

        int Trampoline(int frame, int rsf, IEnumerable<int> rs) =>
              frame == 11             ? rsf
            : rs.Count() == 0         ? rsf
            : rs.First() == 10        ? Trampoline(frame + 1, rsf + rs.Take(3).Sum(), rs.Skip(1))
            : rs.Take(2).Sum() == 10  ? Trampoline(frame + 1, rsf + rs.Take(3).Sum(), rs.Skip(2))
            :                           Trampoline(frame + 1, rsf + rs.Take(2).Sum(), rs.Skip(2));
    }
}

该方法Game.RollMany通过多次滚动调用：如果没有备用或罢工，通常为 20 次滚动。

第一行立即调用蹦床函数：return Trampoline(1, 0, rs.ToList());. 这个局部函数递归地遍历 rolls 数组。本地函数（蹦床）允许以两个附加值开始遍历：以frame1 和rsf（到目前为止的结果）0 开始。

在本地函数中，有一个处理五种情况的三元运算符：

• 游戏在第 11 帧结束：返回到目前为止的结果
• 如果没有更多的掷骰，游戏结束：返回到目前为止的结果
• Strike：计算frame score，继续遍历
• Spare：计算frame score，继续遍历
• 正常分数：计算帧分数并继续遍历

通过再次调用蹦床来继续遍历，但现在使用更新的值。

更多信息，请搜索：“尾递归累加器”。请记住，编译器不会优化尾递归。因此，尽管这个解决方案可能很优雅，但它可能不会是禁食的。

Answer 8

typedef void* (*state_type)(void);
void* state1();
void* state2();
void* state1() {
  return state2;
}
void* state2() {
  return state1;
}
// ...
state_type state = state1;
while (1) {
  state = state();
}
// ...