C++ 递归到迭代

Question

下午好，我希望有人能帮我看看我错过了什么。我坦率地承认这是一项家庭作业，但我们被允许在代码上进行协作，所以希望这里有人不介意提供帮助。

对于这个程序，我需要在 C++ 中使用递归和迭代来旋转一组三个项目。我的递归案例没有问题，但是迭代版本给我带来了很多麻烦。我尝试过的所有东西要么给出段错误，要么无限打印。这是代码，再次感谢您的帮助：

template<typename A, typename B, typename C>
class Triple{
public:
    A first;
    B second;
    C third;

Triple(A a, B b, C c){ first = a; second = b; third = c;}

A fst(){return first;}
B snd(){return second;}
C thd(){return third;}

// The function change1(), changes the first component of a triple. 
void change1(A a){ first = a;}
};

// A linked list of triples where the order of the triple rotates as it goes.
template<typename A, typename B, typename C>
class RotateList{ 
public:
    Triple<A,B,C> *t;
    RotateList<B,C,A> * next; // Notice the order has changed

    RotateList(Triple<A,B,C> *t1, RotateList<B,C,A> * n1){ this->t = t1; this->next = n1;}

/*
 * Implement with recursion, creating i triples, each with the order rotated from the
 * previous.
 */
static RotateList<A,B,C> * create(A a, B b, C c, int i){
if (i <= 0) return nullptr;
Triple<A,B,C> * t = new Triple<A,B,C>(a,b,c);
RotateList<B,C,A> * n = RotateList<B,C,A>::create(b,c,a, i-1); 

return new RotateList<A,B,C>(t, n);
}

/*
 * Implement with iteration, using the same instance of the same three triples
 * over and over.
 */
static RotateList<A,B,C> * create2(A a, B b, C c, int i){
}

/* Print the whole rotating list. */ 
void print(){
cout << "{" << t->fst() << " "<< t->snd() << " "<< t->thd() << "}";
if (next != nullptr) 
    next->print();
else 
    cout << endl;
}
};


int main(){
float f = 3.14;
int i = 3;
char c = 'c';

Triple<float,int,char> t = Triple<float,int,char>(f,i,c);
Triple<float,int,char> t1 = t;
cout << "Starting triple: [" << t.fst() << " "<< t.snd() << " "<< t.thd() << "]" << endl;

cout << endl << "Rotating list created recursively" << endl;
RotateList<float,int,char> * r= RotateList<float,int,char>::create(f,i,c, 10);
r->print();

r->t->change1(42.42);
r->print();

cout << endl << "Rotating list created iteratively" << endl;
RotateList<float,int,char> * s= RotateList<float,int,char>::create2(f,i,c, 10);
s->print();

s->t->change1(42.42);
s->print();

s->next->t->change1(501);
s->print();
}

到目前为止我的尝试：

static RotateList<A,B,C> * create2(A a, B b, C c, int i) {
    RotateList<C,A,B> *l1 = new RotateList<A,B,C>(new Triple<A,B,C>, nullptr);
    RotateList<B,C,A> *l2;
    RotateList<C,A,B> *l3;        
    RotateList<A,B,C> *tmp1 = l1;
    RotateList<B,C,A> *tmp2;
    RotateList<C,A,B> *tmp3;

    int nextTriple = 2;
    for (i; i > 0; i--) {
        tmp3->next = l1;
        tmp1 = tmp3->next;
        nextTriple = 2;
    } else if {
        temp1->mext = l2;
        tmp2 = tmp1->next;
        nextTriple = 3;
    } else {
        tmp2->next = l3;
        tmp3 = tmp2->next;
        nextTriple = 1;
    }
}
return l1;
}

Answer 1

我将从概述开始，然后举一个例子。如果您需要更具体的作业，请添加评论，但前提是您已仔细考虑此答案。

概述

有两种将递归转换为迭代的通用方法。一种是重写递归函数以使用tail call（即在递归调用之后不会发生进一步的处理；一些编译器，包括一些C++ compilers，可以优化尾调用，生成与交互无法区分的目标代码版本）。另一个（例如迭代的河内塔解决方案）基本上是使用您自己的堆栈来跟踪帧。幸运的是，这个赋值可以通过尾调用重写来解决。

示例

所有代码未经测试，可能包含错误和错误。

举一个比分配的更简单的例子，考虑一个函数range(a, b)，它产生一个从a（包括）到b（不包括）的整数列表。递归：

List<int>* range(int a, int b) {
    if (a >= b) {
       // base case
       return new List<int>();
    }
    // recursive case
    return List<int>::cons(a, range(a+1, b));
}

要将其转换为尾调用，您通常添加一个（或多个）变量来累积计算中的值，并具有用于递归和初始化的单独函数：

List<int>* range_recur (int a, int b, List<int>* xs) {
    if (b < a) {
        // base case
        return xs;
    }
    // recursive case
    return range_recur(a, b-1, List<int>::cons(b, xs));
}

List<int>* range(int a, int b) {
    return range_recur(a, b-1, new List<int>());
}

请注意，还需要进行一些其他更改，主要是处理边界的方式，以便可以将 cons 操作移到递归调用之前。

基本情况对应于循环条件，但它是退出循环的时间。因此，让我们通过否定测试并交换两种情况来重写range_recur()，使其更接近迭代版本。

List<int>* range_recur (int a, int b, List<int>* xs) {
    // recursive case test
    if (b >= a) {
        // recursive case
        return range_recur(a, b-1, List<int>::cons(b, xs));
    }
    // base case
    return xs;
}

转换为迭代版本相当简单：不是递归地传递每个变量，而是分配它们（如果值相互依赖，可能使用临时变量）。 if 条件成为循环条件。初始化函数体在循环之前，基本情况在之后。

List<int>* range (int a, int b) {
    // range():
    List<int> *xs = new List<int>();
    b = b - 1;
    // range_recur():
    // recursive case test:
    while (b >= a) {
        // recursive case
        xs = List<int>::cons(b, xs);
        b = b - 1;
    }
    // base case
    return xs;
}

然后您可能会进行清理重写，使用更惯用的操作（递减和for 循环；练习留给读者）。

题外话

作业可能没有提到内存管理，但它是一个重要的主题。示例类像渔网一样泄漏（使用带有临时对象的RotateList 会遇到麻烦），这通常不会成为问题，因为该过程不会持续足够长的时间使其成为一个。但是，如果在另一个程序中使用这些类，则可能会出现很大问题。如今，生产中的最佳实践是使用某种smart pointers 来管理对象。对于一些任务（尤其是那些你掌握得很好的任务），自己处理内存管理是一个很好的练习。