C#函數(shù)式編程中的遞歸調(diào)用之尾遞歸詳解
關(guān)于遞歸相信大家已經(jīng)熟悉的不能再熟悉了,所以筆者在這里就不多費口舌,不懂的讀者們可以在博客園中找到很多與之相關(guān)的博客。下面我們直接切入正題,開始介紹尾遞歸。
尾遞歸
普通遞歸和尾遞歸如果僅僅只是從代碼的角度出發(fā)來看,我們可能發(fā)現(xiàn)不了他的特點,所以筆者利用兩張堆棧上的圖來展示具體的差距在哪,首先我們來看看普通的遞歸調(diào)用的情況,如下圖1.1所示:
假設(shè)這里執(zhí)行的函數(shù)是Func1,并且Func1中通過遞歸調(diào)用了自己,那么我們可以看到棧上在每次調(diào)用Func1的時候都會重新將函數(shù)返回地址等其他參數(shù)放入棧中,在遞歸次數(shù)較少的情況下,這樣是不會有問題的。但如果遞歸調(diào)用次數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量級,則會將??臻g消耗光。因此,就提出了尾遞歸。而尾遞歸的棧圖如1.2所示:
一樣還是遞歸,但是每次執(zhí)行自身的時候并不會在??臻g中申請新的空間,類似于for循環(huán)的效果,面對遞歸次數(shù)很多的情況下也不會出現(xiàn)什么問題。但是新的問題就出來了,在C#中編譯器不會做到這一步優(yōu)化,而是在jit編譯器執(zhí)行時才會進(jìn)行優(yōu)化。并且只有64位才進(jìn)行優(yōu)化。在語言的層面上我們也要遵守一定的原則,才能讓編譯器知道去優(yōu)化。當(dāng)然有些喜歡看博客的人可能早就知道尾遞歸就是在最后return的時候調(diào)用自身。我們可以通過一串示意代碼來看尾調(diào)用:
int Func1()
{
return Func1();
}
當(dāng)然上面這串代碼會形成一個死循環(huán),因為這里我們沒有基線條件。下面我們舉一個例子:
這個函數(shù)想必應(yīng)該會比較熟悉,就是計算階乘的。但是我們可以發(fā)現(xiàn)函數(shù)sunfc最后的返回語句并不是直接調(diào)用函數(shù)本身,而是x*sfunc(x -1),恰恰就是因為前面這個x*就會導(dǎo)致編譯器無法優(yōu)化,從而只能采用普通的遞歸調(diào)用的方式去執(zhí)行,那么我們就需要利用一些模式去改變,首先我們先介紹的是“累加器傳遞模式”,可能名字比較懸乎,其實就是將當(dāng)前的計算結(jié)果傳遞給下一次調(diào)用函數(shù)中,這樣當(dāng)?shù)竭_(dá)基線條件后直接根據(jù)上次計算的結(jié)果算出最終結(jié)果返回即可,如果將上面的代碼采用這個模式就是下面這個樣子:
采用這個模式之后我們就變回了尾遞歸了,當(dāng)執(zhí)行到基線條件時,直接返回y的值即可。根本不需要回溯到以前。除了利用這種模式,我們還可以利用一種“后繼傳遞模式”,跟累加器傳遞模式一樣也需要修改函數(shù)簽名,增加一個參數(shù),我們繼續(xù)修改上面這串代碼:
相比累加器傳遞模式,這種方式比較難理解,其實sfunc在到達(dá)基線條件時y就等同于下面這個lambda表達(dá)式:a => a*4*3*2,然后就是調(diào)用y(1)就直接計算最終的結(jié)果了。在簡單點就是y這個函數(shù)被包裝了了好幾層,比如上面這段函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時y的調(diào)用順序:
a為1傳遞給y(2 * a),結(jié)果就是y(2)。
a為2傳遞給y(3 * a),結(jié)果就是y(6)。
a為6傳遞給y(4 * a),結(jié)果就是y(24)。
a為24傳遞給x => x,輸出24。
如果還是不理解只能下斷點,調(diào)試自己琢磨琢磨了,實在不懂的可以Q問。
在滿足必要的經(jīng)濟(jì)的條件下,研究更加高深的技術(shù).滿足自己的野心
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