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。
层次/层数 | 实参/形参 | 调用形式 | 需要计算的表达式 | 需要等待的结果 |
---|---|---|---|---|
1 | n=5 | factorial(5) | factorial(4) * 5 | factorial(4) 的结果 |
2 | n=4 | factorial(4) | factorial(3) * 4 | factorial(3) 的结果 |
3 | n=3 | factorial(3) | factorial(2) * 3 | factorial(2) 的结果 |
4 | n=2 | factorial(2) | factorial(1) * 2 | factorial(1) 的结果 |
5 | n=1 | factorial(1) | 1 | 无 |
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。
层次/层数 | 调用形式 | 需要计算的表达式 |
从内层递归得到的结果 (内层函数的返回值) |
表达式的值 (当次调用的结果) |
---|---|---|---|---|
5 | factorial(1) | 1 | 无 | 1 |
4 | factorial(2) | factorial(1) * 2 | factorial(1) 的返回值,也就是 1 | 2 |
3 | factorial(3) | factorial(2) * 3 | factorial(2) 的返回值,也就是 2 | 6 |
2 | factorial(4) | factorial(3) * 4 | factorial(3) 的返回值,也就是 6 | 24 |
1 | factorial(5) | factorial(4) * 5 | factorial(4) 的返回值,也就是 24 | 120 |
至此,我们已经对递归函数 factorial() 的进入和退出流程做了深入的讲解,把看似复杂的调用细节逐一呈献给大家,即使你是初学者,相信你也能解开谜团。
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。
更多关于递归函数的内容
factorial() 是最简单的一种递归形式——尾递归,也就是递归调用位于函数体的结尾处。除了尾递归,还有更加烧脑的两种递归形式,分别是中间递归和多层递归:
- 中间递归:发生递归调用的位置在函数体的中间;
- 多层递归:在一个函数里面多次调用自己。
递归函数也只是一种解决问题的技巧,它和其它技巧一样,也存在某些缺陷,具体来说就是:递归函数的时间开销和内存开销都非常大,极端情况下会导致程序崩溃。