C++PrimerPlus第七章函数-C++的编程模块-7.9递归-创新互联

目录

7.9 递归

7.9.1 包含一个递归调用的递归

7.9.2 包含多个递归调用的递归

下面介绍一些完全不同的内容。C++函数有一种有趣的特点——可以调用自己（然而，与C语言不同的是，C++不允许main()调用自己），这种功能被称为递归。尽管递归在特定的编程（例如人工智能）中是一种重要的工具，但这里只简单地介绍一下它是如何工作的。

如果递归函数调用自己，则被调用的函数也将调用自己，这将无限循环下去，除非代码中包含终止调用链的内容。通常的方法将递归调用放在if语句中。例如，void类型的递归函数recurs()的代码如下：

void recurs(argumentlist)

{

     statements1

     if(test)

             recurs(arguments)

     statements2

}

test最终将为false，调用链将断开。

递归调用将导致一系列有趣的事件。只要if语句为true，每个recurs()调用都将执行statements1，然再调用recurs()，而不会执行statements2。当if语句为false时，当前调用将执行statements2。当前调用结束后，程序控制权将返回调用它的recurs()，而该recurs()将执行其statements2部分，然后结束，并将控制权返回给前一个调用，依此类推。因此，如果recurs()进行了5次递归调用，则第一个statements1部分将按函数调用的顺序执行5次，然后statements2部分将以与函数调用相反的顺序执行5次。进入5层递归后，程序将沿进入的路径返回。程序清单7.16演示了这种行为。

程序清单7.16 recur.cpp

//recur.cpp -- using recursion
#includevoid countdown(int n);

int main()
{
	countdown(4);				//call the recursive function
	return 0;
}

void countdown(int n)
{
	using namespace std;
	cout<< "Counting down ... "<< n<< endl;
	if (n >0)
		countdown(n - 1);		//function calls itself
	cout<< n<< ": Kaboom!\n";
}

下面是该程序的输出：

Counting down ... 4

Counting down ... 3

Counting down ... 2

Counting down ... 1

Counting down ... 0

0: Kaboom!

1: Kaboom!

2: Kaboom!

3: Kaboom!

4: Kaboom!

注意，每个递归调用都创建自己的一套变量，因此当程序到达第5次调用时，将有5个独立的n变量，其中每个变量的值都不同。为验证这一点，读者可以修改程序清单7.16，使之显示n的地址和值：

cout<< "Counting down ... "<< n<< " (n at "<< &n<< ")"<< endl;

...

cout<< n<< ": Kaboom!"<< " (n at "<< &n<< ")"<< endl;

经过上述修改后，该程序的输出将与下面类似：

Counting down ... 4     (n at 00EFF744)

Counting down ... 3     (n at 00EFF66C)

Counting down ... 2     (n at 00EFF594)

Counting down ... 1     (n at 00EFF4BC)

Counting down ... 0     (n at 00EFF3E4)

0: Kaboom!           (n at 00EFF3E4)

1: Kaboom!           (n at 00EFF4BC)

2: Kaboom!           (n at 00EFF594)

3: Kaboom!           (n at 00EFF66C)

4: Kaboom!           (n at 00EFF744)

注意，在一个内存单元（内存地址为0012FE0C），存储的n值为4；在另一个内存单元（内存地址为0012FD34），存储的n值为3；等等。另外，注意到在Counting down阶段和Kaboom阶段的相同层级，n的地址相同。

在需要将一项工作不断分为两项较小的、类似的工作时，递归非常有用。例如，请考虑使用这种方法来绘制标尺的情况。标出两端，找到中点并将其标出。然后将同样的操作用于标尺的左半部分和右半部分。如果要进一步细分，可将同样的操作用于当前的每一部分。递归方法有时被称为分而治之策略（divide-and-conquer strategy）。程序清单7.17使用递归函数subdivide()演示了这种方法，该函数使用一个字符串，该字符串除两端为|字符外，其他全部为空格。main函数使用循环调用subdivide()函数6次，每次将递归层编号加1，并打印得到的字符串。这样，每行输出表示一层递归。该程序使用限定符std::而不是编译指令using，以提醒读者还可以采取这种方式。

程序清单7.17 ruler.cpp

//ruler.cpp -- using recursion to subdivide a ruler
#includeconst int Len = 66;
const int Divs = 6;
void subdivide(char ar[], int low, int high, int level);
int main()
{
	char ruler[Len];
	int i;
	for (i = 1; i< Len - 2; i++)
		ruler[i] = ' ';
	ruler[Len - 1] = '\0';
	int max = Len - 2;
	int min = 0;
	ruler[min] = ruler[max] = '|';
	std::cout<< ruler<< std::endl;
	for (i = 1; i< Divs; i++) 
	{
		subdivide(ruler, min, max, i);
		std::cout<< ruler<< std::endl;
		for (int j = 1; j< Len - 2; j++)
			ruler[j] = ' ';		//reset to blank ruler
	}
	return 0;
}

void subdivide(char ar[], int low, int high, int level)
{
	if (level == 0)
		return;
	int mid = (high + low) / 2;
	ar[mid] = '|';
	subdivide(ar, low, mid, level - 1);
	subdivide(ar, mid, high, level - 1);
}

下面是程序清单7.17中程序的输出：

程序说明

在程序清单7.17中，subdivide()函数使用变量level来控制递归层。函数调用自身时，将把level减1，当level为0时，该函数将不再调用自己。注意，subdivide()调用自己两次，一次针对左半部分，另一次针对右半部分。最初的中点被用作一次调用的右端点和另一次调用的左端点。请注意，调用次数将呈几何级数增长。也就是说，调用一次导致两个调用，然后导致4个调用，再导致8个调用，依此类推。这就是6层调用能够填充64个元素的原因（26=64）。这将不断导致函数调用数（以及存储的变量数）翻倍，因此如果要求的递归层数很多，这种递归方式将是一种糟糕的选择；然而，如果递归层次较少，这将是一种精致而简单的选择。

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