这是《计算机程序的结构和解释》中关于尾部递归的摘录。

在对比迭代和递归时，我们必须小心不要将递归过程的概念与递归过程。当我们将过程描述为递归时指过程定义所指的句法事实（直接或间接）到程序本身。但当我们将过程描述为遵循一种模式，即线性递归，我们谈论的是过程如何演变，而不是如何编写过程的语法。这似乎令人不安我们将递归过程（如事实iter）称为生成迭代过程。然而，这个过程实际上是迭代的：它的状态被其三个状态变量完全捕获解释器只需要跟踪三个变量执行该过程。过程和程序之间的区别可能是令人困惑的是，大多数通用语言的实现（包括Ada、Pascal和C） 以这样一种方式设计过程消耗的内存量会随着过程调用，迭代。因此，这些语言可以描述迭代仅通过使用专用的“循环构造”来处理例如do、repeat、until、for和while。实施方案不具有此缺陷。它将在恒定空间中执行迭代过程，即使迭代过程由递归过程描述。一具有此属性的实现称为尾部递归。用一个尾部递归实现，可以使用普通过程调用机制，使特殊迭代构造只作为句法糖有用。

在传统递归中，典型的模型是首先执行递归调用，然后获取递归调用的返回值并计算结果。通过这种方式，在每次递归调用返回之前，您不会得到计算结果。

在尾部递归中，首先执行计算，然后执行递归调用，将当前步骤的结果传递给下一个递归步骤。这导致最后一条语句的形式为（return（递归函数参数））。基本上，任何给定递归步骤的返回值都与下一个递归调用的返回值相同。

这样做的结果是，一旦准备好执行下一个递归步骤，就不再需要当前堆栈帧。这允许进行一些优化。事实上，使用一个适当编写的编译器，您永远不应该有带有尾部递归调用的堆栈溢出窃笑。只需在下一个递归步骤中重用当前堆栈帧。我很确定Lisp会这么做。

重要的一点是尾部递归本质上等同于循环。这不仅仅是一个编译器优化的问题，而是一个关于表现力的基本事实。这是双向的：你可以采取任何形式的循环

while(E) { S }; return Q

其中E和Q是表达式，S是语句序列，并将其转换为尾部递归函数

f() = if E then { S; return f() } else { return Q }

当然，必须定义E、S和Q来计算一些变量的有趣值。例如，循环函数

sum(n) {
  int i = 1, k = 0;
  while( i <= n ) {
    k += i;
    ++i;
  }
  return k;
}

等效于尾部递归函数

sum_aux(n,i,k) {
  if( i <= n ) {
    return sum_aux(n,i+1,k+i);
  } else {
    return k;
  }
}

sum(n) {
  return sum_aux(n,1,0);
}

（用参数较少的函数“包装”尾部递归函数是一种常见的函数习惯用法。）

尾部递归函数是一个递归函数，它在返回之前执行的最后一个操作是调用递归函数。也就是说，递归函数调用的返回值将立即返回。例如，您的代码如下所示：

def recursiveFunction(some_params):
    # some code here
    return recursiveFunction(some_args)
    # no code after the return statement

实现尾部调用优化或尾部调用消除的编译器和解释器可以优化递归代码以防止堆栈溢出。如果您的编译器或解释器没有实现尾部调用优化（例如CPython解释器），那么用这种方式编写代码不会有额外的好处。

例如，这是Python中的标准递归阶乘函数：

def factorial(number):
    if number == 1:
        # BASE CASE
        return 1
    else:
        # RECURSIVE CASE
        # Note that `number *` happens *after* the recursive call.
        # This means that this is *not* tail call recursion.
        return number * factorial(number - 1)

这是阶乘函数的尾调用递归版本：

def factorial(number, accumulator=1):
    if number == 0:
        # BASE CASE
        return accumulator
    else:
        # RECURSIVE CASE
        # There's no code after the recursive call.
        # This is tail call recursion:
        return factorial(number - 1, number * accumulator)
print(factorial(5))

（请注意，即使这是Python代码，CPython解释器也不会进行尾部调用优化，因此这样安排代码不会带来运行时的好处。）

您可能需要使代码更不可读，才能利用尾部调用优化，如阶乘示例所示。（例如，基本情况现在有点不直观，累加器参数被有效地用作一种全局变量。）

但尾部调用优化的好处是它可以防止堆栈溢出错误。（我会注意到，通过使用迭代算法而不是递归算法，您可以获得同样的好处。）

当调用堆栈推送了太多帧对象时，会导致堆栈溢出。当调用函数时，框架对象被推到调用堆栈上，当函数返回时，框架将从调用堆栈中弹出。框架对象包含诸如局部变量以及函数返回时要返回的代码行之类的信息。

如果递归函数进行了太多递归调用而没有返回，则调用堆栈可能会超出其帧对象限制。（数量因平台而异；在Python中默认为1000个帧对象。）这会导致堆栈溢出错误。（嘿，这就是这个网站的名字来源！）

但是，如果递归函数做的最后一件事是进行递归调用并返回其返回值，那么它就没有理由保持当前帧对象需要停留在调用堆栈上。毕竟，如果递归函数调用后没有代码，就没有理由挂起当前帧对象的局部变量。因此，我们可以立即删除当前帧对象，而不是将其保留在调用堆栈中。这样做的最终结果是，调用堆栈的大小不会增加，因此不会出现堆栈溢出。

编译器或解释器必须具有尾部调用优化功能，以便能够识别何时可以应用尾部调用优化。即使如此，您可能已经重新排列了递归函数中的代码，以利用尾部调用优化，这取决于您是否值得优化可读性的潜在降低。

这意味着不需要将指令指针推到堆栈上，只需跳到递归函数的顶部并继续执行即可。这允许函数无限递归而不会溢出堆栈。

我写了一篇关于这个主题的博客文章，里面有堆栈框架的图形示例。

考虑一个将前N个自然数相加的简单函数。（例如，和（5）＝0+1+2+3+4+5＝15）。

下面是一个使用递归的简单JavaScript实现：

function recsum(x) {
    if (x === 0) {
        return 0;
    } else {
        return x + recsum(x - 1);
    }
}

如果调用recsum（5），JavaScript解释器将评估以下内容：

recsum(5)
5 + recsum(4)
5 + (4 + recsum(3))
5 + (4 + (3 + recsum(2)))
5 + (4 + (3 + (2 + recsum(1))))
5 + (4 + (3 + (2 + (1 + recsum(0)))))
5 + (4 + (3 + (2 + (1 + 0))))
5 + (4 + (3 + (2 + 1)))
5 + (4 + (3 + 3))
5 + (4 + 6)
5 + 10
15

请注意，在JavaScript解释器开始实际计算和之前，每个递归调用都必须完成。

下面是同一函数的尾部递归版本：

function tailrecsum(x, running_total = 0) {
    if (x === 0) {
        return running_total;
    } else {
        return tailrecsum(x - 1, running_total + x);
    }
}

以下是调用tailrecsum（5）时发生的事件序列（由于默认的第二个参数，它实际上是tailrecsum（5，0））。

tailrecsum(5, 0)
tailrecsum(4, 5)
tailrecsum(3, 9)
tailrecsum(2, 12)
tailrecsum(1, 14)
tailrecsum(0, 15)
15

在尾部递归情况下，每次对递归调用求值时，running_total都会更新。

注：原始答案使用了Python中的示例。由于Python解释器不支持尾部调用优化，这些代码已更改为JavaScript。然而，虽然尾部调用优化是ECMAScript 2015规范的一部分，但大多数JavaScript解释器不支持它。