递归调用栈溢出

递归的风险

实际开发中应避免使用递归，原因主要两点：

1. 递归调用在深度上不可预测，层数过多不断压栈，可能会引起栈溢出的崩溃；
2. 不容易理解；

 

栈溢出

stack overflow异常是程序中常常会碰到的，原因是调用线程栈不够用。windows默认栈大小是1M，使用栈空间超过了1M就会报出stack overflow异常。

产生原因

1、死循环

出现了死循环，例如：递归函数没有出口，不管栈空间多大必定溢出。

long  func(int n)
{
     return n*func(n-1);
}

这是个没有出口的递归函数， 必然引起栈溢出。纠正：

long func(int n)
{
     if(n==1)   return 1;
     return   n*func(n-1);
}

2、栈确实不够用

存到栈上的主要内容是：局部变量和函数调用的函数环境，包括函数参数等。

局部变量，例如：

char buff[1024*1024]

buff为1M，如果你的栈默认也是1M大小，这就会发生栈溢出，因为其他东西会占掉少量栈空间，局部变量能用的空间肯定小于1M，程序在执行到main函数之前，就会跳出stack overflow异常。

3、函数调用层数太深

这种情况一般发生在递归调用中

过多的递归调用为什么会引起栈溢出呢？

在计算机中，函数调用是通过栈（stack）这种数据结构实现的，每当程序执行进入一个函数调用，栈就会加一层栈帧，每当函数返回，栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的，所以，递归调用的次数过多，就会导致栈溢出。函数的参数是通过stack栈来传递的，在调用中会占用线程的栈资源。递归调用在到达最后的结束点后，函数才能依次退栈清栈，如果递归调用层数过多，就可能导致占用的栈资源超过线程的最大值，从而导致栈溢出，程序异常退出。

不得不使用递归的场景：遍历一个目录下的所有文件，包括其子目录的文件。
对于解决一些包含重复类似逻辑的问题，递归对于开发人员来说是清晰的选择。

在不得不使用递归时，如何评估栈空间是否足够，避免栈溢出。

评估思路：

1. 确认当前线程栈空间限制是多少？

2. 递归调用n次，分析n次压栈后栈空间的损耗是多少？

3. 结合业务预估最大可能的递归调用次数，如果大于或已经接近栈大小, 就存在栈越界风险，需要放大栈空间或者做功能规格约束。

优化

当栈不够使用时，一种办法是修改程序：

主要还是要注意递归调用引起的栈溢出，多数情况可以通过算法优化来解决：

1、控制递归深度。例如，使用动态规划来代替递归算法等。

2、修改栈的大小。

 

尾递归优化

尾递归是指，在函数返回的时候，调用函数本身，并且return语句不能包含表达式。如果递归调用，都出现在函数的末尾，这个递归函数就是尾递归的函数。

尾递归函数的特点是在回归过程中，不用做操作，这个特性很重要，因为大多数现代编译器会利用这一特点，自动生成优化的代码。
有些语言极力提倡尾递归，因为它们的编译器会对代码进行优化，不会因为递归次数的增加，给函数栈带来巨大的开销。

尾递归优化，使无论调用多少次，都只占用一个栈帧，不会出现栈溢出的情况。

递归的优点是逻辑清晰。

 

循环替代递归

所有的递归都可以改写成循环的方式。 

斐波那契数列： 1，1，2，3，5，......
求斐波那契数列的第N项的值

尾递归和循环的执行效率都非常高。但是尾递归的递归层数大到一定程度会出现段错误。尾递归的函数栈开销比普通递归要小的多，执行效率大很多。 但是尾递归仍然有函数栈开销。
正因为尾递归具有函数栈开销，其调用次数比循环小很多。

实现一个功能，能不用递归就别用递归，能用尾递归就用尾递归。

 //一般递归
int fib_normal(int n)
{
    if (n <= 2)
        return 1;
    else
        return fib_normal(n-1) + fib_normal(n-2);
}
 
//尾递归
int fib_rail(int n, int first,  int second)
{
    if (n == 1) return first;
    if (n == 2) return second;
    return fib_rail(n-1, second, second+first);
}
unsigned int fib_rail_rec(unsigned int n)
{
    return fib_rail_rec(n, 1, 1);
}
 
// 循环取代递归
int fib_no(int n)
{
    if (n <= 2)
        return 1;
    int x=1, y=1, y_tmp=0;
    for (int i=0; i<n-2; i++)
    {
        y_tmp = y;
        y = x+y;
        x = y_tmp;
    }
    return y;
}

栈溢出windbg显示Stack overflow

0:072> !analyze -v

CONTEXT:  (.ecxr)
eax=0000000e ebx=76fbceb8 ecx=00413fb8 edx=00417b98 esi=00413fb8 edi=00000000
eip=76ed83eb esp=2f652ffc ebp=2f653040 iopl=0         nv up ei pl nz ac pe nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00010216
ntdll!RtlAcquireSRWLockExclusive+0xb:
76ed83eb 53              push    ebx
Resetting default scope

EXCEPTION_RECORD:  (.exr -1)
ExceptionAddress: 76ed83eb (ntdll!RtlAcquireSRWLockExclusive+0x0000000b)
   ExceptionCode: c00000fd (Stack overflow)
  ExceptionFlags: 00000000
NumberParameters: 2
   Parameter[0]: 00000001
   Parameter[1]: 2f652ff8