摘要:我们经常会用到递归函数,但是如果递归深度太大时,往往导致栈溢出。而递归深度往往不太容易把握,所以比较安全一点的做法就是:用循环代替递归。文章最后的原文里面讲了如何用10步实现这个过程,相当精彩。本文翻译了这篇文章,并加了自己的一点注释和理解。
目录
- 简介
- 模拟函数的目的
- 递归和模拟函数的优缺点
- 用栈和循环代替递归的10个步骤
- 替代过程的几个简单例子
- 更多的例子
- 结论
- 参考
- 协议
1 简介
一般我们在进行排序(比如归并排序)或者树操作时会用到递归函数。但是如果递归深度达到一定程度以后,就会出现意想不到的结果比如堆栈溢出。虽然有很多有经验的开发者都知道了如何用循环函数或者栈加while循环来代替递归函数,以防止栈溢出,但我还是想分享一下这些方法,这或许会对初学者有很大的帮助。
2 模拟函数的目的
如果你正在使用递归函数,并且没有控制递归调用,而栈资源又比较有限,调用层次过深的时候就可能导致栈溢出/堆冲突。模拟函数的目的就是在堆中开辟区域来模拟栈的行为,这样你就能控制内存分配和流处理,从而避免栈溢出。如果能用循环函数来代替效果会更好,这是一个比较需要时间和经验来处理的事情,出于这些原因,这篇文章为初学者提供了一个简单的参考,怎样使用循环函数来替代递归函数,以防止栈溢出?
3 递归函数和模拟函数的优缺点
递归函数:
优点:算法比较直观。可以参考文章后面的例子
缺点:可能导致栈溢出或者堆冲突
你可以试试执行下面两个函数(后面的一个例子),IsEvenNumber(递归实现)和IsEvenNumber(模拟实现),他们在头文件"MutualRecursion.h"中声明。你可以将传入参数设定为10000,像下面这样:
#include "MutualRecursion.h" bool result = IsEvenNumberLoop(10000); // 成功返回 bool result2 = IsEvenNumber(10000); // 会发生堆栈溢出
有些人可能会问:如果我增加栈的容量不就可以避免栈溢出吗?好吧,这只是暂时的解决问题的办法,如果调用层次越来越深,很有可能会再次发生溢出。
模拟函数:
优点:能避免栈溢出或者堆冲突错误,能对过程和内存进行更好的控制
缺点:算法不是太直观,代码难以维护
4 用栈和循环代替递归的10个步骤
第一步
1 定义一个新的结构体Snapshot,用于保存递归结构中的一些数据和状态信息
2 在Snapshot内部需要包含的变量有以下几种:
A 一般当递归函数调用自身时,函数参数会发生变化。所以你需要包含变化的参数,引用除外。比如下面的例子中,参数n应该包含在结构体中,而retVal不需要。
void SomeFunc(int n, int &retVal);
B 阶段性变量"stage"(通常是一个用来转换到另一个处理分支的整形变量),详见第六条规则
C 函数调用返回以后还需要继续使用的局部变量(一般在二分递归和嵌套递归中很常见)
代码:
1 // Recursive Function "First rule" example 2 int SomeFunc(int n, int &retIdx) 3 { 4 ... 5 if(n>0) 6 { 7 int test = SomeFunc(n-1, retIdx); 8 test--; 9 ... 10 return test; 11 } 12 ... 13 return 0; 14 } 15 16 17 // Conversion to Iterative Function 18 int SomeFuncLoop(int n, int &retIdx) 19 { 20 // (First rule) 21 struct SnapShotStruct { 22 int n; // - parameter input 23 int test; // - local variable that will be used 24 // after returning from the function call 25 // - retIdx can be ignored since it is a reference. 26 int stage; // - Since there is process needed to be done 27 // after recursive call. (Sixth rule) 28 }; 29 ... 30 }