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尾递归

时间:2015-07-16 21:22:09      阅读:145      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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tail recursion, 顾名思议,就是将递归放到函数的尾部,说到它的不一样,就得先说说一般的递归。对于一般的递归,比如下面的求阶乘,教科书上会告诉我们,如果这个函数调用的深度太深,很容易会有爆栈的危险。
  1. int Factorial(int n)
  2. {
  3. if(n < 0) { return 0; }
  4. else if(n == 1) { return 1; }
  5. else { return n * Factorial(n - 1); }
  6. }

该函数调用的大致过程

1)调用开始前,调用方(或函数本身)会往栈上压相关的数据,参数,返回地址,局部变量等。

2)执行函数。

3)清理栈上相关的数据,返回。

因此,在函数 A 执行的时候,如果在第二步中,它又调用了另一个函数 B,B 又调用 C.... 栈就会不断地增长不断地装入数据,

当这个调用链很深的时候,栈很容易就满 了,这就是一般递归函数所容易面临的大问题。

而尾递归在某些语言的实现上,能避免上述所说的问题,注意是某些语言上,尾递归本身并不能消除函数调用栈过长的问题,

那什么是尾递归呢?在上面写的一般递归函数 Factorial() 中,我们可以看到,Factorial(n)  是依赖于 Factorial(n-1) 的,Factorial(n) 只有在得到 Factorial(n-1) 的结果之后,

才能计算它自己的返回值,因此理论上,在 Factorial(n-1) 返回之前,func(n),不能结束返回。

因此Factorial(n)就必须保留它在栈上的数据,直到Factorial(n-1)先返回,而尾递归的实现则可以在编译器的帮助下,消除这个限制:

  1. int FactorialTail(int n, int res)
  2. {
  3. if(n < 0) return 0;
  4. else if(n == 0) return 1;
  5. else if(n == 1) return res;
  6. else return FactorialTail(n - 1, n * res);
  7. }

从上可以看到尾递归把返回结果放到了调用的参数里。这个细小的变化导致,FactorialTail(n, res)不必像以前一样,非要等到拿到了FactorialTail(n-1, n*res)的返回值,

才能计算它自己的返回结果 -- 它完全就等于FactorialTail(n-1, n*res)的返回值。因此理论上:FactorialTail(n)在调用FactorialTail(n-1)前,完全就可以先销毁自己放在栈上的东西。

这就是为什么尾递归如果在得到编译器的帮助下,是完全可以避免爆栈的原因:每一个函数在调用下一个函数之前,

能做到先把当前自己占用的栈给先释放了,尾递归的调用链上可以做到只有一个函数在使用栈,因此可以无限地调用!


尾递归的调用栈优化特性

但是尾递归的实现依赖于编译器的帮助(或者说语言的规定)。

我在code:blocks开发环境中先后测试了这两个函数,分别显示了各自的汇编代码以及栈的调用情况。

测试的主函数如下:

  1. int main()
  2. {
  3. cout << FactorialTail(5, 1) << endl;
  4. cout << Factorial(5) << endl;
  5. return 0;
  6. }
测试结果如下:

1、Factorial函数(一般递归)
  • 汇编代码
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  • 栈调用
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  • 出栈时为依次出栈
2、FactorialTail函数(尾递归)
  • 汇编代码
技术分享
  • 栈调用
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  • 出栈时五次函数调用的栈同时出栈
从上面的结果分析,一般递归和尾递归所要压栈的次数是一致的,尾递归基本没有什么优势可言。
接下来我们对FactorialTail函数所在的测试程序分别在关闭和开启优化情况下,输出汇编代码。
  1. g++ -g -Wa,-adlhn hello.cpp > out.s
  2. g++ -O2 -g -Wa,-adlhn hello.cpp > out.s
  • 未开启优化
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  • 开启优化

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通过上述两个汇编代码可以看出,在开启了编译器优化之后,尾递归不用每次进行压栈操作,所有的递归都是在同一栈空间内进行的。











 





 

尾递归

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原文地址:http://www.cnblogs.com/fengkang1008/p/4652201.html

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