递归与手动堆栈 - 在哪种情况下首选哪个？

Posted 2023-02-21

【中文标题】递归与手动堆栈 - 在哪种情况下首选哪个？

【英文标题】：Recursion versus manual stacks - Which is preferred in which case?

【发布时间】：2012-02-24 18:36:28

【问题描述】：

递归程序会在内部创建堆栈，从而减少用户编写的代码。

除了上面提到的原因之外，是否存在递归实际上优于手动堆栈的情况？

编辑 1：

动态内存分配比递归程序在堆上的分配更“昂贵”吗？

【问题讨论】：

如果你的递归没有超过堆栈大小，那么你只使用调用堆栈而不是堆。

【参考方案1】：

当您说“更少的代码”时，我认为您暗指的主要原因是设计的清晰和简单。在具有局部变量和自动存储等功能的语言中，使用这些功能比将所有内容构建成家庭滚动堆栈要自然得多。 （毕竟，为什么要使用函数呢？为什么不使用if/else 和while 作为你唯一的控制结构来编写你的整个程序呢？）

另一个考虑因素是性能，尤其是在多线程环境中。递归——取决于语言——可能会使用the stack（注意：你说“在内部创建一个堆栈”，但实际上，它使用的是此类语言中的程序总是拥有的堆栈），而手动堆栈结构需要dynamic memory allocation，这通常会带来明显的性能损失——更不用说确保在（比如说）遇到异常时释放所有内存所增加的复杂性。

【讨论】：

您为使用系统堆栈的性能所做的权衡是，与使用堆上的堆栈数据结构相比，使用系统堆栈的递归深度通常受到更多限制，因为堆要大得多。

whereas a manual stack structure would require dynamic memory allocation, which frequently has a noticeable performance penalty 这很重要。但是重复的函数调用不是性能损失吗？不是比手动分配内存大吗？

@SethCarnegie：是的，绝对是，好点。在许多平台上，堆内存用完比堆栈溢出更容易处理。由于这个问题是关于使用递归的原因，我没有提到这些事情，但也许我应该有，无论如何，只是为了完整性？

@AnishaKaul：与往常一样，如果性能如此重要，那么您需要在您关心的平台上对其进行测试；但一般来说 - 如果您使用链表作为堆栈，那么我希望动态内存分配比重复的函数调用更昂贵，但是如果您使用动态可调整大小的数组并从末尾添加/删除元素，那么您很有可能将动态内存分配的数量减少到相当便宜的程度。然而，问题在于，如果你的目标是消除重复的函数调用，那么，你打算做什么

动态内存分配在什么情况下会“昂贵”？不只是分配和释放内存吗？

【参考方案2】：

我基本同意@ruakh 的回答。我只想补充一点，使用系统堆栈有很多开销（实际上，每次递归时，你推送的状态比你需要的多得多），并且可能会导致非常深（但有界）递归的堆栈溢出，你可能能够通过使用显式堆栈并仅推送您需要的状态来避免。

【讨论】：

Mac，请看我对 ruakh 回答的评论。

【参考方案3】：

在外部使用堆栈

vector<int> Solution::inorderTraversal(TreeNode* A) 
vector<int> res;
stack<TreeNode* > st;
TreeNode* root=A;
while(true)

    if(root==NULL)
    
        if(st.empty())
        break;
        root=st.top();
        st.pop();
        res.push_back(root->val);
        root=root->right;


    
    else
    

        st.push(root);
        root=root->left;
    

return res;

使用递归

void inorder(struct node* root)

但在这里我们看到，在外部使用堆栈可以节省大量处理时间，因此外部堆栈方法更快。

【讨论】：

void inorder(struct node* root) if(root!=NULL) inorder(root->left);coutval;inorder(root->right);