在上一篇中,我们了解了树的基本概念以及二叉树的基本特点和代码实现,还用递归的方式对二叉树的三种遍历算法进行了代码实现。但是,由于递归需要系统堆栈,所以空间消耗要比非递归代码要大很多。而且,如果递归深度太大,可能系统撑不住。因此,我们使用非递归(这里主要是循环,循环方法比递归方法快, 因为循环避免了一系列函数调用和返回中所涉及到的参数传递和返回值的额外开销)来重新实现一遍各种遍历算法,再对二叉树的另外一种特殊的遍历—层次遍历进行实现,最后再了解一下特殊的二叉树—二叉查找树。
1.1 递归为何很慢?
大家都知道递归的实现是通过调用函数本身,函数调用的时候,每次调用时要做地址保存,参数传递等,这是通过一个递归工作栈实现的。具体是每次调用函数本身要保存的内容包括:局部变量、形参、调用函数地址、返回值。那么,如果递归调用 N 次,就要分配 N*局部变量、N*形参、N*调用函数地址、N*返回值,这势必是影响效率的。
关于系统栈和用户栈:
①系统栈(也叫核心栈、内核栈)是内存中属于操作系统空间的一块区域,其主要用途为: (1)保存中断现场,对于嵌套中断,被中断程序的现场信息依次压入系统栈,中断返回时逆序弹出; (2)保存操作系统子程序间相互调用的参数、返回值、返回点以及子程序(函数)的局部变量。
②用户栈是用户进程空间中的一块区域,用于保存用户进程的子程序间相互调用的参数、返回值、返回点以及子程序(函数)的局部变量。
我们编写的递归程序属于用户程序,因此使用的是用户栈。
1.2 循环会快些吗?
递归与循环是两种不同的解决问题的典型思路。当然也并不是说循环效率就一定比递归高,递归和循环是两码事,递归带有栈操作,循环则不一定,两个概念不是一个层次,不同场景做不同的尝试。
(1)递归算法:
①优点:代码简洁、清晰,并且容易验证正确性。
②缺点:它的运行需要较多次数的函数调用,如果调用层数比较深,需要增加额外的堆栈处理(还有可能出现堆栈溢出的情况),比如参数传递需要压栈等操作,会对执行效率有一定影响。但是,对于某些问题,如果不使用递归,那将是极端难看的代码。
(2)循环算法:
①优点:速度快,结构简单。
②缺点:并不能解决所有的问题。有的问题适合使用递归而不是循环。但是如果使用循环并不困难的话,最好使用循环。
(3)递归与循环的对比总结:
①一般递归调用可以处理的算法,也通过循环去解决常需要额外的低效处理。
②现在的编译器在经过优化后,对于多次调用的函数处理会有非常好的效率优化,效率未必低于循环。
③递归和循环两者完全可以互换。如果用到递归的地方可以很方便使用循环替换,而不影响程序的阅读,那么替换成递归往往是好的。(例如:求阶乘的递归实现与循环实现。)
二、二叉树的非递归遍历实现
2.1 前序遍历的非递归实现
// Method01:前序遍历 public void PreOrderNoRecurise(Node<T> node) { if (node == null) { return; } // 根->左->右 Stack<Node<T>> stack = new Stack<Node<T>>(); stack.Push(node); Node<T> tempNode = null; while (stack.Count > 0) { // 1.遍历根节点 tempNode = stack.Pop(); Console.Write(tempNode.data); // 2.右子树压栈 if (tempNode.rchild != null) { stack.Push(tempNode.rchild); } // 3.左子树压栈(目的:保证下一个出栈的是左子树的节点) if (tempNode.lchild != null) { stack.Push(tempNode.lchild); } } }