一个函数在它的函数体内调用它自身称为递归调用,这种函数称为递归函数。执行递归函数将反复调用其自身,每调用一次就进入新的一层,当最内层的函数执行完毕后,再一层一层地由里到外退出。
递归函数不是C语言的专利,Java、C#、JavaScript、PHP 等其他编程语言也都支持递归函数。
我们通过一个求阶乘的例子,看看递归函数到底是如何运作的。阶乘 n! 的计算公式如下:
根据公式编写如下的代码:
#include <stdio.h>//求n的阶乘
long factorial(int n) {if (n == 0 || n == 1) {return 1;}else {return factorial(n - 1) * n; // 递归调用}
}int main() {int a;printf("Input a number: ");scanf("%d", &a);printf("Factorial(%d) = %ld\n", a, factorial(a));return 0;
}
运行结果:
Input a number: 5↙
Factorial(5) = 120
factorial() 就是一个典型的递归函数。调用 factorial() 后即进入函数体,只有当 n0 或 n1 时函数才会执行结束,否则就一直调用它自身。
由于每次调用的实参为 n-1,即把 n-1 的值赋给形参 n,所以每次递归实参的值都减 1,直到最后 n-1 的值为 1 时再作递归调用,形参 n 的值也为1,递归就终止了,会逐层退出。
递归的进入
1 . 求 5!,即调用 factorial(5)。当进入 factorial() 函数体后,由于形参 n 的值为 5,不等于 0 或 1,所以执行factorial(n-1) * n,也即执行factorial(4) * 5。为了求得这个表达式的结果,必须先调用 factorial(4),并暂停其他操作。换句话说,在得到 factorial(4) 的结果之前,不能进行其他操作。这就是第一次递归。
2 . 调用 factorial(4) 时,实参为 4,形参 n 也为 4,不等于 0 或 1,会继续执行factorial(n-1) * n,也即执行factorial(3) * 4。为了求得这个表达式的结果,又必须先调用 factorial(3)。这就是第二次递归。
3 . 以此类推,进行四次递归调用后,实参的值为 1,会调用 factorial(1)。此时能够直接得到常量 1 的值,并把结果 return,就不需要再次调用 factorial() 函数了,递归就结束了。
我们通过下图来深入理解递归逐层进入的过程
递归的退出
当递归进入到最内层的时候,递归就结束了,就开始逐层退出了,也就是逐层执行 return 语句。
1 . n 的值为 1 时达到最内层,此时 return 出去的结果为 1,也即 factorial(1) 的调用结果为 1。
2 . 有了 factorial(1) 的结果,就可以返回上一层计算factorial(1) * 2的值了。此时得到的值为 2,return 出去的结果也为 2,也即 factorial(2) 的调用结果为 2。
3 . 以此类推,当得到 factorial(4) 的调用结果后,就可以返回最顶层。经计算,factorial(4) 的结果为 24,那么表达式factorial(4) * 5的结果为 120,此时 return 得到的结果也为 120,也即 factorial(5) 的调用结果为 120,这样就得到了 5! 的值。
我们通过下图来深入理解递归逐层退出的过程
递归的条件
每一个递归函数都应该只进行有限次的递归调用,否则它就会进入死胡同,永远也不能退出了,这样的程序是没有意义的。
要想让递归函数逐层进入再逐层退出,需要解决两个方面的问题:
存在限制条件,当符合这个条件时递归便不再继续。对于 factorial(),当形参 n 等于 0 或 1 时,递归就结束了。每次递归调用之后越来越接近这个限制条件。对于 factorial(),每次递归调用的实参为 n - 1,这会使得形参 n 的值逐渐减小,越来越趋近于 1 或 0。
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