什么是蹦床功能？

Posted 2021-04-11

在最近的工作讨论中，有人提到了蹦床功能。

我在Wikipedia上看过这个描述。这足以给出功能的一般概念，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？

答案

维基百科上也有LISP的“蹦床”感：

在一些LISP实现中使用，trampoline是一个循环，它迭代地调用thunk返回函数。单个蹦床足以表达节目的所有控制转移;如此表达的节目是蹦床或“蹦床风格”;将程序转换为蹦床风格是蹦床。 Trampolined函数可用于在面向堆栈的语言中实现尾递归函数调用

让我们说我们正在使用javascript并希望以延续传递方式编写天真的Fibonacci函数。我们之所以这样做是不相关的 - 例如将Scheme移植到JS，或者使用我们必须使用的CPS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，在Firefox中使用n = 25运行此命令会出现“太多递归！”错误。现在这正是蹦床解决的问题（在Javascript中缺少尾调用优化）。不要对函数进行（递归）调用，而是让return调用该函数的指令（thunk），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]});
}

另一答案

让我举几个使用trampolines实现的阶乘函数的例子，用不同的语言：

规模：

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)))
}

Java的：

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（不幸的是没有大数字实现）：

#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("
%d
", params.product);

  return 0;
}

另一答案

我将举一个例子，我在一个反作弊补丁中用于在线游戏。

我需要能够扫描游戏正在加载的所有文件以进行修改。所以我发现最强大的方法是使用蹦床来创建CreateFileA。因此，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“trampoline”函数，在那里我会做一些事情，并且然后我会在我的jmp代码后跳回到CreateFile中的下一个位置。能够可靠地做到这一点有点棘手，但基本的概念只是挂钩一个函数，强制它重定向到另一个函数，然后跳回原来的函数。

编辑：微软有一个框架，你可以看到这种类型的东西。叫Detours

另一答案

以下是嵌套函数的示例：

#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，它只存在于sort_bytes调用期间。在某些体系结构中，一个小的存根函数 - trampoline - 在运行时生成，并包含当前sort_bytes调用的堆栈位置。调用时，它跳转到compar代码，传递该地址。

在像PowerPC这样的体系结构中不需要这种混乱，其中ABI指定函数指针实际上是“胖指针”，该结构包含指向可执行代码的指针和另一个指向数据的指针。但是，在x86上，函数指针只是一个指针。

另一答案

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

据我了解，它基本上只是一系列由trampoline函数执行的函数调用。每个函数都被称为thunk并返回计算中的下一步，直到程序终止（空的继续）。

这是我写的第一段代码，用于提高我对蹦床的理解：

#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 !
");
}

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

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

void *thunk1(int param)
{
  printf("*boing* thunk 1
");
  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 !

另一答案

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：编译器将隐式生成更多深奥的蹦床。一种这样的用途是跳转表。 （虽然显然有更复杂的那些，你开始尝试生成复杂的代码。）

另一答案

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();
}
// ...