我知道递归有时比循环要简洁得多,我不是在问什么时候应该用递归而不是迭代,我知道已经有很多关于这个的问题了。

我问的是,递归比循环快吗?在我看来,你总是能够细化一个循环,让它比递归函数执行得更快,因为循环是不存在的,不断地建立新的堆栈帧。

我特别在寻找在递归是正确处理数据的方法的应用程序中递归是否更快,例如在一些排序函数中,在二叉树中等等。


当前回答

Most answers here forget the obvious culprit why recursion is often slower than iterative solutions. It's linked with the build up and tear down of stack frames but is not exactly that. It's generally a big difference in the storage of the auto variable for each recursion. In an iterative algorithm with a loop, the variables are often held in registers and even if they spill, they will reside in the Level 1 cache. In a recursive algorithm, all intermediary states of the variable are stored on the stack, meaning they will generate many more spills to memory. This means that even if it makes the same amount of operations, it will have a lot memory accesses in the hot loop and what makes it worse, these memory operations have a lousy reuse rate making the caches less effective.

递归算法的缓存行为通常比迭代算法差。

其他回答

一般来说,不,在任何具有两种形式的可行实现的实际使用中,递归不会比循环快。我的意思是,当然,你可以编写出花费很长时间的循环,但是有更好的方法来实现相同的循环,可以通过递归来实现相同的问题。

关于原因,你一针见血;创建和销毁堆栈帧比简单的跳转代价更大。

但是,请注意我所说的“在两种形式中都有可行的实现”。对于像许多排序算法这样的事情,往往没有一种非常可行的方法来实现它们,因为它不能有效地建立自己的堆栈版本,因为生成子“任务”是这个过程固有的一部分。因此,递归可能和试图通过循环实现算法一样快。

编辑:这个答案是假设非函数式语言,其中大多数基本数据类型是可变的。它不适用于函数式语言。

尾递归和循环一样快。许多函数式语言都实现了尾部递归。

函数式编程更多的是关于“是什么”而不是“如何”。

语言实现者会找到一种方法来优化代码在底层的工作方式,如果我们不试图让它比它需要的更优化的话。递归也可以在支持尾部调用优化的语言中进行优化。

从程序员的角度来看,更重要的是可读性和可维护性,而不是首先进行优化。再次强调,“过早优化是万恶之源”。

在任何现实的系统中,不,创建一个堆栈框架总是比创建INC和JMP更昂贵。这就是为什么真正好的编译器会自动将尾递归转换为对同一帧的调用,也就是说,没有开销,所以你会得到更可读的源版本和更有效的编译版本。一个非常非常好的编译器甚至应该能够在可能的情况下将普通的递归转换为尾部递归。

这里大部分答案都是错误的。正确答案是视情况而定。例如,这里有两个遍历树的C函数。首先是递归的:

static
void mm_scan_black(mm_rc *m, ptr p) {
    SET_COL(p, COL_BLACK);
    P_FOR_EACH_CHILD(p, {
        INC_RC(p_child);
        if (GET_COL(p_child) != COL_BLACK) {
            mm_scan_black(m, p_child);
        }
    });
}

下面是使用迭代实现的相同函数:

static
void mm_scan_black(mm_rc *m, ptr p) {
    stack *st = m->black_stack;
    SET_COL(p, COL_BLACK);
    st_push(st, p);
    while (st->used != 0) {
        p = st_pop(st);
        P_FOR_EACH_CHILD(p, {
            INC_RC(p_child);
            if (GET_COL(p_child) != COL_BLACK) {
                SET_COL(p_child, COL_BLACK);
                st_push(st, p_child);
            }
        });
    }
}

理解代码的细节并不重要。p是节点,P_FOR_EACH_CHILD执行遍历。在迭代版本中,我们需要一个显式的堆栈st,其中节点被推入,然后弹出和操作。

递归函数比迭代函数运行得快得多。原因是在后者中,对于每一项,都需要调用函数st_push,然后调用函数st_pop。

在前者中,每个节点只有递归的CALL。

另外,访问调用堆栈上的变量非常快。这意味着您正在从内存中读取,而内存可能总是在最里面的缓存中。另一方面,显式堆栈必须由来自堆的malloc:ed内存支持,而这要慢得多。

通过仔细的优化,例如内联st_push和st_pop,我可以大致达到与递归方法相同的效果。但至少在我的计算机上,访问堆内存的开销要大于递归调用的开销。

但是这个讨论基本上是没有意义的,因为递归树遍历是不正确的。如果你有一个足够大的树,你会用完调用堆栈空间,这就是为什么必须使用迭代算法。