【C语言】函数递归

本文介绍了递归的概念、其在编程中的应用,重点讨论了递归的限制条件(如停止条件和效率问题),以及如何通过迭代和循环结构来避免栈溢出和提高效率。

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目录

一、递归的含义

二、递归的限制条件

1.有停止条件

2.能逐渐接近停止条件

三、递归的缺陷

1.栈溢出

2.效率低下

四、递归缺陷的解决

1.栈溢出示例解决

2.效率低下示例解决


一、递归的含义

        递归其实使一种解决问题的方法,在C语言中,递归就是函数自己调用自己,递就是递推,归就是回归

#include<stdio.h>

int main()
{
    printf("调用了一次main函数\n");
    main();//main函数调用了自身
    return 0;
}

        注意:上面是一个错误的递归示例,该例子的目的是让读者形象地了解递归


二、递归的限制条件

1.有停止条件

        递归存在一个停止条件,当满足这个停止条件时,递归便不再继续

2.能逐渐接近停止条件

        每次递归调用之后能逐渐接近停止条件,最终使递归停止

#include<stdio.h>

//计算函数的阶乘
int Fact(int x)
{
	if (x <= 1)//停止条件
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return x * Fact(x - 1);//x每次减1,x逐渐接近停止条件(x==0)
	}
}


int main()
{
	printf("%d", Fact(5));//输出:120
	return 0;
}

        下面通过画图深入了解递归的实现逻辑


三、递归的缺陷

1.栈溢出

        在C语言中,每一次函数调用,都需要在为函数在栈区内申请一块内存空间,用来保存函数调用期间的各种局部变量,这块内存空间就叫做函数栈帧

        函数递归调用时,若函数不返回,则函数对应的栈帧空间就一直占用

        若函数递归层数太深,则会浪费过多栈帧空间,引起栈溢出(stack overflow)

#include<stdio.h>

//计算函数的阶乘
int Fact(int x)
{
	if (0 == x)//停止条件
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return x * Fact(x - 1);//x每次减1,x逐渐接近停止条件(x==0)
	}
}


int main()
{
	printf("%d", Fact(99999));//递归层数太多,栈溢出
	return 0;
}

        在vs中按F5调试可以观察到此现象

2.效率低下

        一方面,在调用递归函数时,会频繁经历进栈和出栈两个过程,这会导致额外的时间开销

        另一方面,当递归表达式为多项式时,可能会将浅层递归大量重复计算,使时间开销大大增加

#include<stdio.h>


//计算第x位斐波拉契数列的值
int Fib(int x)
{
	if (x <= 2)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return Fib(x - 1) + Fib(x - 2);
	}
}


int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	printf("%d", Fib(n));
	return 0;
}

        上面例子中,当n为45时,运行程序会出现明显的延迟才得出结果,当n大于50时,程序在短时间内已无法算出结果

        下面我们来探究原因

#include<stdio.h>

int count = 0;

//计算第x位斐波拉契数列的值
int Fib(int x)
{
	if (3 == x)//统计第三位斐波拉契数列被计算的次数
	{
		count++;
	}

	if (x <= 2)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return Fib(x - 1) + Fib(x - 2);
	}
}


int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);//输入:45
	printf("%d\n", Fib(n));//输出:1134903170
	printf("第三位被计算了%d次", count);//输出:第三位被计算了433494437次
	return 0;
}

        由上面代码可以看出,当n为45时,Fib(3)被计算了四亿多次,这是完全不必要的计算,增加了大量无用的时间消耗


四、递归缺陷的解决

        递归层数过多导致的问题,一般可以考虑用迭代思想来解决(也就是我们常用的循环结构)

1.栈溢出示例解决

#include<stdio.h>

int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int fact = 1;
	//求n的阶乘
	for (int i = 1; i < n; i++)
	{
		fact *= i;
	}
	printf("%d", fact);
	return 0;
}

2.效率低下示例解决

#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 1;
	int ans = 1;
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	//计算第n位斐波拉契数列
	while (n > 2)
	{
		ans = a + b;
		a = b;
		b = ans;
		n--;
	}
	printf("%d", ans);
	return 0;
}

最后,感谢大家观看!

### C语言中的函数递归及其用法 #### 什么是函数递归? 在C语言中,函数递归是指一个函数在其自身的函数体内部调用了自己的一种编程技术。这种机制使得某些复杂问题可以通过分解成更小的子问题来解决[^2]。 #### 函数递归的基本结构 为了实现有效的递归,通常需要满足以下几个条件: 1. **基准条件(Base Case)**:这是递归停止的地方,防止无限循环导致堆栈溢出。 2. **递推表达式(Recursive Expression)**:通过将大问题逐步缩小到较小规模的问题来进行求解。 下面是一个经典的阶乘计算例子: ```c #include <stdio.h> // 定义递归函数用于计算阶乘 int factorial(int n) { if (n == 0 || n == 1) { // 基准条件 return 1; } else { return n * factorial(n - 1); // 递推表达式 } } int main() { int number; printf("请输入一个正整数以计算其阶乘: "); scanf("%d", &number); if (number >= 0) { printf("%d 的阶乘是 %d\n", number, factorial(number)); } else { printf("输入错误! 阶乘只适用于非负整数。\n"); } return 0; } ``` 在这个例子中,`factorial()` 是一个典型的递归函数。它利用了一个简单的逻辑——任何大于零的自然数 `n` 的阶乘都可以表示为 `n * (n-1)!`,直到达到基本情况即 `n=0 或者 n=1`[^3]。 #### 关于递归的一些注意事项 尽管递归是一种强大的工具,但也存在一些潜在的风险和局限性。例如,在上述无终止条件的情况下不断自我调用最终会导致系统资源耗尽而崩溃的情况: ```c void endlessRecursion() { printf("This will eventually cause a stack overflow.\n"); endlessRecursion(); // 缺乏退出条件 } ``` 此代码片段展示了没有适当基线情况下的危险后果—持续增加的新层压入调用栈直至超出容量限制引发异常中断。 因此,在设计递归算法时务必小心谨慎地设定好边界条件以及考虑性能影响等因素。
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