单声道下的堆栈大小

Posted 2021-04-16

我编写了一个很小的递归F＃代码来查看我可以在.NET / Mono下的堆栈中放入多少级别的递归。它只是在精确的2次幂时打印递归深度，所以我发现最大深度在2的范围内。

我使用System.Threading.Thread (ThreadStart, int)在具有定义的堆栈空间量的线程中启动代码。在.Net下，每个递归级别似乎需要大约100个字节，而我可以在2G堆栈上获得大约1600万个级别。 Mono下的内存使用情况大致相似，但是我只能获得大约3万个级别。增加传递给Thread的堆栈大小值超过大约600000不会增加递归深度。

ulimit报告堆栈大小限制为1G。

一个明显的解释是，如果它太大，Mono将不服从Thread的第二个论点。有没有人知道如何说服Mono分配一个大堆栈？

代码是微不足道的，但它只是在某些人关心的情况下：

let rec f i =
    if popcount i = 1 then // population count is one on exact powers of 2
        printf "Got up to %d\n" i
        stdout.Flush ()
    if i = 1000000000 then 0 else 1 + f (i+1)

答案

选项1：更改单声道堆栈大小

一个明显的解释是，如果它太大，Mono将不服从Thread的第二个论点。有没有人知道如何说服Mono分配一个大堆栈？

你是正确的，Mono将限制堆栈大小，即使你传入一个大的值。例如，在我的Cent OS 64位测试机器上，Mono将分配的最大堆栈大小为2兆字节。 Mono C# source file Thread.cs向我们展示了创建Mono线程时会发生什么：

public Thread (ThreadStart start, int maxStackSize)
{
    if (start == null)
        throw new ArgumentNullException ("start");

    threadstart = start;
    Internal.stack_size = CheckStackSize (maxStackSize);
}

static int CheckStackSize (int maxStackSize)
{
    if (maxStackSize < 0)
        throw new ArgumentOutOfRangeException ("less than zero", "maxStackSize");

    if (maxStackSize < 131072) // make sure stack is at least 128k big
        return 131072;

    int page_size = Environment.GetPageSize ();

    if ((maxStackSize % page_size) != 0) // round up to a divisible of page size
        maxStackSize = (maxStackSize / (page_size - 1)) * page_size;

    int default_stack_size = (IntPtr.Size / 4) * 1024 * 1024; // from wthreads.c
    if (maxStackSize > default_stack_size)
        return default_stack_size;

    return maxStackSize; 
}

上面的代码对堆栈大小设置了硬性限制。

理论上，您可以在上述一个或两个函数（粗线）中更改代码，以便分配更大的堆栈大小。完成此操作后，您必须构建Mono运行时，然后运行您的函数以查看更改是否有所不同。

我应该强调一点，我对Mono不太了解，了解分配更大的堆栈是否有助于您的具体情况。我只会这样做作为最后的手段（如果我的其他答案都不起作用）。

另一答案

选项2：F＃尾调用

一种选择是重写您的方法，以便您使用递归tail calls。从之前的（维基百科）链接：

尾递归函数是递归的一种特殊情况，其中在该方法中执行的最后一条指令是递归调用。 F＃和许多其他函数语言可以优化尾递归函数;因为在递归调用之后不执行额外的工作，所以函数不需要记住它来自何处，因此没有理由在堆栈上分配额外的内存。

F＃通过告诉CLR在执行目标函数之前删除当前堆栈帧来优化尾递归函数。因此，尾递归函数可以无限递归，而不会占用堆栈空间。

有一个警告--Mono不完全支持尾递归调用 - 你应该做的是先在.Net运行时测试，然后看看代码是否会在Mono中运行。

下面是使用尾递归调用重写的示例函数 - 它在.NET（使用Visual Studio 2010）和Mono（Mono版本3.2.0，F＃3.0）中都有效：

let f i =
    let rec loop acc counter =
        // display progress every 10k iterations
        let j = counter % 10000
        if j = 0 then
            printf "Got up to %d\n" counter
            stdout.Flush ()

        if counter < 1000000000 then
            // tail recursive
            loop (acc + 1) (counter + 1)
        else
            acc

    loop 0 i

对于输入值1：

let result = f 1
printf "result %d\n" result

输出：

Got up to 10000
Got up to 20000
Got up to 30000
...
Got up to 999980000
Got up to 999990000
Got up to 1000000000
result 999999999

输入值999,999,998：

let result = f 999999998
printf "result %d\n" result

输出：

Got up to 1000000000
result 2

上面的代码使用两个变量来跟踪进度：

acc - 累加器，用于存储计算结果

counter - 只是递归调用的数量

为什么您的示例代码不是尾递归？

解释维基百科文章中的How To Write Tail-Recursive Functions部分，我们可以重写这行代码：

if i = 1000000000 then 0 else 1 + f (i+1)

如

if i = 1000000000 then 0
else
    let intermediate = f (i+1) // recursion
    let result = 1 + intermediate // additional operations
    result

尾递归的定义是在递归调用之后不能有其他操作。正如我们在代码的重写版本中所看到的，生成结果需要额外的操作。

资源

• MSDN上的Tail calls in F#
• 维基百科上的F Sharp Programming/Recursion
• Tail calls in Mono - 尾部调用示例，在Mono中不起作用
• 在Mono bug追踪器中的Tail call support in F#
• How can I implement a tail-recursive list append?

另一答案

选项3：使其迭代

一种选择是重写您的方法，使其不是递归的，而是迭代的。也就是说，您更改方法以使其成为计算结果的循环：

let f i =
    let mutable acc = 0
    for counter in i .. 1000000000 do
        // display progress every 10k iterations
        let j = counter % 10000
        if j = 0 then
            printf "Got up to %d\n" counter
            stdout.Flush ()

        if counter < 1000000000 then
            acc <- acc + 1
    acc

对于输入值1：

let result = f 1
printf "result %d\n" result

输出：

Got up to 10000
Got up to 20000
Got up to 30000
...
Got up to 999980000
Got up to 999990000
Got up to 1000000000
result 999999999

输入值999,999,998：

let result = f 999999998
printf "result %d\n" result

输出：

Got up to 1000000000
result 2

上面的代码使用两个变量来跟踪进度：

qazxsw poi - 累加器，存储计算结果

acc - 只是迭代调用的次数（循环次数）

由于我们使用循环来计算结果，因此没有分配任何额外的堆栈。

另一答案

此代码绕过单声道限制。它对竞争性编程中的dfs很有用。

counter