函数递归与栈的关系

来源:岁月联盟 编辑:猪蛋儿 时间:2011-11-13

 

首先通过反汇编语言,我们来了解一下最简单的递归函数与栈之间的关系。

如何获得反汇编语言,在visual studio 2008中,在debug环境下,在debug/windows/disassembly中可以查看反汇编之后的语言。现在我们看一下阶乘n!的实现

其C语言实现代码如下

 

#include <stdio.h> 

int factorial(int n); 

int main(void) 

    int fact; 

    fact = factorial(4); 

    printf("%d/n",fact); 

    return 0; 

int factorial(int n) 

    if (1 == n ) 

        return 1; 

    return n * factorial(n - 1); 

 

 

其反汇编之后的语言如下

主程序main

 

int main(void) 

00DB1FD0  push        ebp   

00DB1FD1  mov         ebp,esp  

00DB1FD3  sub         esp,0CCh  

00DB1FD9  push        ebx   

00DB1FDA  push        esi   

00DB1FDB  push        edi   

00DB1FDC  lea         edi,[ebp-0CCh]  

00DB1FE2  mov         ecx,33h  

00DB1FE7  mov         eax,0CCCCCCCCh  

00DB1FEC  rep stos    dword ptr es:[edi]  

    int fact; 

    fact = factorial(4); 

00DB1FEE  push        4     

00DB1FF0  call        @ILT+475(_factorial) (0DB11E0h)  

00DB1FF5  add         esp,4  

00DB1FF8  mov         dword ptr [fact],eax  

    printf("%d/n",fact); 

00DB1FFB  mov         esi,esp  

00DB1FFD  mov         eax,dword ptr [fact]  

00DB2000  push        eax   

00DB2001  push        offset string "%d/n" (0DB5A38h)  

00DB2006  call        dword ptr [__imp__printf (0DB82BCh)]  

00DB200C  add         esp,8  

00DB200F  cmp         esi,esp  

00DB2011  call        @ILT+320(__RTC_CheckEsp) (0DB1145h)  

    return 0; 

 

其factorial函数的汇编如下

 

int factorial(int n) 

00DB1AF0  push        ebp   

00DB1AF1  mov         ebp,esp  

00DB1AF3  sub         esp,0C0h  

00DB1AF9  push        ebx   

00DB1AFA  push        esi   

00DB1AFB  push        edi   

00DB1AFC  lea         edi,[ebp-0C0h]  

00DB1B02  mov         ecx,30h  

00DB1B07  mov         eax,0CCCCCCCCh  

00DB1B0C  rep stos    dword ptr es:[edi]  

    if (1 == n ) 

00DB1B0E  cmp         dword ptr [n],1  

00DB1B12  jne         factorial+2Bh (0DB1B1Bh)  

        return 1; 

00DB1B14  mov         eax,1  

00DB1B19  jmp         factorial+3Eh (0DB1B2Eh)  

    return n * factorial(n - 1); 

00DB1B1B  mov         eax,dword ptr [n]  

00DB1B1E  sub         eax,1  

00DB1B21  push        eax   

00DB1B22  call        @ILT+475(_factorial) (0DB11E0h)  

00DB1B27  add         esp,4  

00DB1B2A  imul        eax,dword ptr [n]  

 

00DB1B2E  pop         edi   

00DB1B2F  pop         esi   

00DB1B30  pop         ebx   

00DB1B31  add         esp,0C0h  

00DB1B37  cmp         ebp,esp  

00DB1B39  call        @ILT+320(__RTC_CheckEsp) (0DB1145h)  

00DB1B3E  mov         esp,ebp  

00DB1B40  pop         ebp   

00DB1B41  ret          

 

在整个汇编程序中,在

 

call        @ILT+475(_factorial) (0DB11E0h) 

之前的push 为参数的入栈。这儿是关键,其他的push我们可以认为是系统为了栈的平衡而进行的必要操作。

在factorial的反汇编中,

 

00DB1B39  call        @ILT+320(__RTC_CheckEsp) (0DB1145h) 

这句话是函数factorial调用自己本身,也就是递归。

push eax;将每次入栈的参数保存到eax寄存器中,然后再入栈,这样在n != 1时,每次的参数都会入栈;

 

00DB1B2A  imul        eax,dword ptr [n]  

这一步骤是为了进行相乘。在eax寄存器中保存相乘的值。

其实在整个过程中,牵涉到函数调用中栈帧的一系列操作, http://www.2cto.com/kf/201111/110912.html 这篇博客详细讲述了调用函数过程中栈帧的一系列操作。

 

进行一个总结:

           函数递归是利用系统中栈进行操作的,通过对栈帧的一系列操作,从而实现递归。这个过程是由系统来完成的。

在阶乘中,我们通过对factorial函数的参数入栈,然后通过栈帧的一系列操作,从而实现参数的出栈,进而完成阶乘这个动作。整个过程实际上就是一个栈的入栈和出栈问题。

现在我们要通过自己定义一个栈来实现函数递归。

 

#include "stack.h" 

#define  NumOfStack 10 

int main(void) 

    StackNode * pStackNode = NULL ; 

    int NOfFact; 

    int tmp = 1,Sum = 1; 

    pStackNode = CreateStack(NumOfStack); 

    printf("the number of Factorial/n"); 

    scanf("%d",&NOfFact); 

    while(NOfFact) 

    { 

        Push(pStackNode,NOfFact--); 

    } 

    while(pStackNode->top) 

    { 

        Pop(pStackNode,&tmp); 

        Sum *= tmp; 

    } 

    printf("sum is %d/n",Sum); 

    return 0; 

 

仅仅呈现主程序部分。在主程序中,我们首先对参数入栈,也就是对n 、n-1、...1入栈,然后再出栈进行操作。

这篇文章写的比较概括,我希望告诉大家的是,通过观看反汇编语言中关于阶乘的递归实现的运行过程及步骤,能够加深我们对于函数递归和栈的理解。虽然汇编语言有些难懂,但是通过阅读上面为大家推荐blog,相信大家都能够看懂。

 

摘自 yankai0219

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