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从汇编的眼光看C++(之递归函数与模板类)

2011-10-06

【 声明:版权所有,欢迎转载,请勿用于商业用途。 联系信箱:feixiaoxing @163.com】 递归,相信有过基本C语言经验的朋友都明白,就是函数自己调用自己。所以,本质上说,它和普通的函数调用没有什么区别。...

【 声明:版权所有,欢迎转载,请勿用于商业用途。 联系信箱:feixiaoxing @163.com】

递归,相信有过基本C语言经验的朋友都明白,就是函数自己调用自己。所以,本质上说,它和普通的函数调用没有什么区别。今天之所以会把模板类和递归联系在一起,是因为我们可以用递归的方法实现模板的递归。闲话不多说,我们先从一个统计函数开始说起。

int process(int m)

{

int index = 0;

int count = 0;

assert(m >= 0);

for (; index <=m; index++){

count += index;

}

return count;

}

int process(int m)

{

int index = 0;

int count = 0;

assert(m >= 0);

for (; index <=m; index++){

count += index;

}

return count;

}

上面的代码不太难。大家可以看一下,其实就是一个和计算函数,它计算从0~m递增的总和是多少。那么这样的一段代码,用递归应该怎么写呢?大家可以自己试一下。下面的代码是我自己的一个方案,供大家参考。

int process(int m)

{

assert(m >= 0);

if(m == 0)

return 0;

else

return process(m -1) + m;

}

int process(int m)

{

assert(m >= 0);

if(m == 0)

return 0;

else

return process(m -1) + m;

} 我们看到,递归的目的就是把大的计算拆分到小的计算,最后再进行计算合并。比如说,我们计算process(5),那就需要计算process(4);process(4)又需要计算process(3);process(3)又需要计算process(2);process(2)有需要计算process(1);process(1)计算有需要process(0);process(0)就可以得到结果了,数值为0,那么进而可以得到process(1),以此类推,最后可以得到结果process(5)的数值。这就是递归处理的全过程。

那么,这和模板类有什么关系,我们可以看看下面这个范例:

template<int m>

class calculate

{

public:

static int process()

{

return calculate<m-1>::process() + m;

}

};

template<>

class calculate<0>

{

public:

static int process()

{

return 0;

}

};

template<int m>

class calculate

{

public:

static int process()

{

return calculate<m-1>::process() + m;

}

};

template<>

class calculate<0>

{

public:

static int process()

{

return 0;

}

};

上面这段代码非常有意思。我们发现模板的数据类型不再是int、double或者是自己定义的数据类型,而是一个一个具体的数字。但是每一种数字也代表了一种类型,所以说,calculate<5>和calculate<4>就是两种不同的类。除此之外,我们还是用到了静态处理函数。但是这里的静态函数有点特别,我们发现静态函数process需要调用另外一个类的静态函数,也就是calculate<m-1>的静态函数才能获得结果。所以为了获得结果,我们需要创建很多的类和很多的静态函数。那么,类什么时候结束呢?我们看到了calculate下面还有一个类,那就是calculate的特化模板,也就是说那m=0的时候,并不再继续向下处理了,计算开始回归。那么这个类怎么应用呢,我们来一起看一看:

258: int value = calculate<5>::process();

004013D8 call @ILT+45(calculate<5>::process) (00401032)

004013DD mov dword ptr [ebp-4],eax

259: return;

260: }

258: int value = calculate<5>::process();

004013D8 call @ILT+45(calculate<5>::process) (00401032)

004013DD mov dword ptr [ebp-4],eax

259: return;

260: }

上面就是调用引申的汇编的代码。汇编和一般的函数调用无异,我们可以跟进去看看:

242: return calculate<m-1>::process() + m;

00401F68 call @ILT+40(calculate<4>::process) (0040102d)

00401F6D add eax,5

243: }

242: return calculate<m-1>::process() + m;

00401F68 call @ILT+40(calculate<4>::process) (0040102d)

00401F6D add eax,5

243: }

上面的代码省略了中间的跳转。我们发现代码继续调用了calculate<4>的静态处理函数。这种调用当然会一直持续下去。那什么时候结束呢?对。就是前面说过的calculate<1>的静态函数,就是前面说的特化函数,我们可以一起看看:

250: static int process()

251: {

00402090 push ebp

00402091 mov ebp,esp

00402093 sub esp,40h

00402096 push ebx

00402097 push esi

00402098 push edi

00402099 lea edi,[ebp-40h]

0040209C mov ecx,10h

004020A1 mov eax,0CCCCCCCCh

004020A6 rep stos dword ptr [edi]

252: return 0;

004020A8 xor eax,eax

253: }

004020AA pop edi

004020AB pop esi

004020AC pop ebx

004020AD mov esp,ebp

004020AF pop ebp

004020B0 ret

250: static int process()

251: {

00402090 push ebp

00402091 mov ebp,esp

00402093 sub esp,40h

00402096 push ebx

00402097 push esi

00402098 push edi

00402099 lea edi,[ebp-40h]

0040209C mov ecx,10h

004020A1 mov eax,0CCCCCCCCh

004020A6 rep stos dword ptr [edi]

252: return 0;

004020A8 xor eax,eax

253: }

004020AA pop edi

004020AB pop esi

004020AC pop ebx

004020AD mov esp,ebp

004020AF pop ebp

004020B0 ret

看的出来,这里才是真正的递归出口,到了这里之后,函数开始折返,这也就意外着我们的计算即将结束。所有的流程和递归非常相似。所以递归函数和模板递归的区别就是一点:递归函数是在代码执行的时候完成的,模板递归是在编译的时候完成的。

思考题:

自己编写一个阶乘的函数?尝试一下是否可以转变成递归函数?是否可以用模板类递归得到呢?

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