C语言函数的递归和调用实例分析

一、基本内容：

　　C语言中的函数可以递归调用，即：可以直接（简单递归）或间接（间接递归）地自己调自己。
　　要点：
　　1、C语言函数可以递归调用。
　　2、可以通过直接或间接两种方式调用。目前只讨论直接递归调用。

二、递归条件

　　采用递归方法来解决问题，必须符合以下三个条件：
　　1、可以把要解决的问题转化为一个新问题，而这个新的问题的解决方法仍与原来的解决方法相同，只是所处理的对象有规律地递增或递减。
　　说明：解决问题的方法相同，调用函数的参数每次不同（有规律的递增或递减），如果没有规律也就不能适用递归调用。
　　2、可以应用这个转化过程使问题得到解决。
　　说明：使用其他的办法比较麻烦或很难解决，而使用递归的方法可以很好地解决问题。
　　3、必定要有一个明确的结束递归的条件。
　　说明：一定要能够在适当的地方结束递归调用。不然可能导致系统崩溃。

三、递归实例

　　例：使用递归的方法求n!
　　当n>1时，求n!的问题可以转化为n*(n-1)!的新问题。
　　比如n=5：
　　第一部分：5*4*3*2*1 n*(n-1)!
　　第二部分：4*3*2*1 (n-1)*(n-2)!
　　第三部分：3*2*1 (n-2)(n-3)!
　　第四部分：2*1 (n-3)(n-4)!
　　第五部分：1 （n-5）! 5-5=0，得到值1，结束递归。
　　源程序：

四、递归说明

　　1、当函数自己调用自己时，系统将自动把函数中当前的变量和形参暂时保留起来，在新一轮的调用过程中，系统为新调用的函数所用到的变量和形参开辟另外的存 储单元（内存空间）。每次调用函数所使用的变量在不同的内存空间。
　　2、递归调用的层次越多，同名变量的占用的存储单元也就越多。一定要记住，每次函数的调用，系统都会为该函数的变量开辟新的内存空间。
　　3、当本次调用的函数运行结束时，系统将释放本次调用时所占用的内存空间。程序的流程返回到上一层的调用点，同时取得当初进入该层时，函数中的变量和形参 所占用的内存空间的数据。
　　4、所有递归问题都可以用非递归的方法来解决，但对于一些比较复杂的递归问题用非递归的方法往往使程序变得十分复杂难以读懂，而函数的递归调用在解决这类 问题时能使程序简洁明了有较好的可读性；但由于递归调用过程中，系统要为每一层调用中的变量开辟内存空间、要记住每一层调用后的返回点、要增加许多额外的 开销，因此函数的递归调用通常会降低程序的运行效率。

五、程序流程

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。Ｃ语言允许函数的递归调用。在递归调用中，主调函数又是被调函数。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。例如有函数f如下：

这个函数是一个递归函数。但是运行该函数将无休止地调用其自身，这当然是不正确的。为了防止递归调用无终止地进行，必须在函数内有终止递归调用的手段。常用的办法是加条件判断，满足某种条件后就不再作递归调用，然后逐层返回。下面举例说明递归调用的执行过程。

【例8.5】用递归法计算n!

用递归法计算n!可用下述公式表示：
    n!=1         (n=0,1)
    n×(n-1)!    (n>1)
按公式可编程如下：
long ff(int n)
{
    long f;
    if(n<0) printf("n<0,input error");
    else if(n==0||n==1) f=1;
    else f=ff(n-1)*n;
    return(f);
}

main()
{
    int n;
    long y;
    printf("\ninput a inteager number:\n");
    scanf("%d",&n);
    y=ff(n);
    printf("%d!=%ld",n,y);
}

程序中给出的函数ff是一个递归函数。主函数调用ff 后即进入函数ff执行，如果n<0,n==0或n=1时都将结束函数的执行，否则就递归调用ff函数自身。由于每次递归调用的实参为n-1，即把n-1的值赋予形参n，最后当n-1的值为1时再作递归调用，形参n的值也为1，将使递归终止。然后可逐层退回。

下面我们再举例说明该过程。设执行本程序时输入为5，即求5!。在主函数中的调用语句即为y=ff(5)，进入ff函数后，由于n=5,不等于0或1，故应执行f=ff(n-1)*n,即f=ff(5-1)*5。该语句对ff作递归调用即ff(4)。

进行四次递归调用后，ff函数形参取得的值变为1，故不再继续递归调用而开始逐层返回主调函数。ff(1)的函数返回值为1，ff(2)的返回值为1*2=2，ff(3)的返回值为2*3=6，ff(4)的返回值为6*4=24，最后返回值ff(5)为24*5=120。

例8.5也可以不用递归的方法来完成。如可以用递推法，即从1开始乘以2，再乘以3…直到n。递推法比递归法更容易理解和实现。但是有些问题则只能用递归算法才能实现。典型的问题是Hanoi塔问题。

【例8.6】Hanoi塔问题
    一块板上有三根针，A，B，C。A针上套有64个大小不等的圆盘，大的在下，小的在上。如图5.4所示。要把这64个圆盘从A针移动C针上，每次只能移动一个圆盘，移动可以借助B针进行。但在任何时候，任何针上的圆盘都必须保持大盘在下，小盘在上。求移动的步骤。

本题算法分析如下，设A上有n个盘子。

如果n=1，则将圆盘从A直接移动到C。

如果n=2，则：
      1.将A上的n-1(等于1)个圆盘移到B上；
      2.再将A上的一个圆盘移到C上；
      3.最后将B上的n-1(等于1)个圆盘移到C上。

如果n=3，则：
      A. 将A上的n-1(等于2，令其为n`)个圆盘移到B(借助于C)，步骤如下：
          (1)将A上的n`-1(等于1)个圆盘移到C上。
          (2)将A上的一个圆盘移到B。
          (3)将C上的n`-1(等于1)个圆盘移到B。
      B. 将A上的一个圆盘移到C。
      C. 将B上的n-1(等于2，令其为n`)个圆盘移到C(借助A)，步骤如下：
          (1)将B上的n`-1(等于1)个圆盘移到A。
          (2)将B上的一个盘子移到C。
          (3)将A上的n`-1(等于1)个圆盘移到C。

 到此，完成了三个圆盘的移动过程。

从上面分析可以看出，当n大于等于2时，移动的过程可分解为三个步骤：
      第一步  把A上的n-1个圆盘移到B上；
      第二步  把A上的一个圆盘移到C上；
      第三步  把B上的n-1个圆盘移到C上；其中第一步和第三步是类同的。

当n=3时，第一步和第三步又分解为类同的三步，即把n`-1个圆盘从一个针移到另一个针上，这里的n`=n-1。 显然这是一个递归过程，据此算法可编程如下：
move(int n,int x,int y,int z)
{
    if(n==1)
      printf("%c-->%c\n",x,z);
    else
    {
      move(n-1,x,z,y);
      printf("%c-->%c\n",x,z);
      move(n-1,y,x,z);
    }
}
main()
{
    int h;
    printf("\ninput number:\n");
    scanf("%d",&h);
    printf("the step to moving %2d diskes:\n",h);
    move(h,'a','b','c');
}

    从程序中可以看出,move函数是一个递归函数，它有四个形参n,x,y,z。n表示圆盘数，x,y,z分别表示三根针。move 函数的功能是把x上的n个圆盘移动到z上。当n==1时，直接把x上的圆盘移至z上，输出x→z。如n!=1则分为三步：递归调用move函数，把n-1个圆盘从x移到y；输出x→z；递归调用move函数，把n-1个圆盘从y移到z。在递归调用过程中n=n-1，故n的值逐次递减，最后n=1时，终止递归，逐层返回。当n=4 时程序运行的结果为：
    input number:
    4
    the step to moving 4 diskes:
    a→b
    a→c
    b→c
    a→b
    c→a
    c→b
    a→b
    a→c
    b→c
    b→a
    c→a
    b→c
    a→b
    a→c
    b→c