我将假设“item”,您指的是函数 call stack 的堆栈框架,而不是 stack data structure 中的 item 元素(其操作类似于调用堆栈)。我希望澄清有关调用堆栈如何工作的困惑。
还要注意process 中的每个thread 都有自己的调用堆栈。现在,假设我们正在使用一个具有一个正在运行的执行线程的进程。
递归函数是调用自身的函数。每当调用函数时,到达函数调用指令的线程都会创建一个堆栈帧。堆栈帧是一块内存,包含执行被调用函数所需的所有数据(变量、参数等)。此帧被“推”到调用堆栈的顶部。当前正在执行的调用函数被暂时挂起,堆栈指针向上移动到新的帧,然后执行。
没有基本情况或函数不再进行递归调用的条件状态,递归将无限期地继续。发生这种情况时,操作系统会在进程超出其堆栈使用量(通常约为 1 MB)时发送信号以终止进程。
在达到基本情况并执行函数中的最后一行代码后,线程开始从上到下解析堆栈帧,并在它们完成执行时将它们从堆栈中弹出(它们可能会做更多的工作或进行额外的递归电话)。
pop 相当于释放与帧相关的内存、处理返回值、将堆栈指针移回调用者并在进行调用的位置恢复执行。
这是一个用 C 和 Python 编写的示例程序,其中包含一个递归函数和一个图表:
#include <stdio.h>
void count_to(int n) {
if (n > 0) {
count_to(n - 1);
}
printf("%d\n", n);
}
int main() {
count_to(4);
return 0;
}
def count_to(n):
if n > 0:
count_to(n - 1)
print(n)
count_to(4)
这是程序的输出:
0
1
2
3
4
这是执行期间调用堆栈的样子:
[count_to(4)] <-- top of call stack/stack pointer
[main] <-- bottom of call stack
[count_to(3)] <--
[count_to(4)]
[main]
[count_to(3)] <--
[count_to(4)]
[main]
[count_to(2)] <--
[count_to(3)]
[count_to(4)]
[main]
[count_to(1)] <--
[count_to(2)]
[count_to(3)]
[count_to(4)]
[main]
[count_to(0)] <--
[count_to(1)]
[count_to(2)]
[count_to(3)]
[count_to(4)]
[main]
此时,尚未打印任何内容。该线程刚刚将函数调用添加到堆栈中。但是一旦我们调用count_to(0),递归就会停止。当我们弹出堆栈帧时,每个函数将打印其本地值n 并返回给它的调用者。
print(0)
return
[count_to(1)] <--
[count_to(2)]
[count_to(3)]
[count_to(4)]
[main]
print(1)
return
[count_to(2)] <--
[count_to(3)]
[count_to(4)]
[main]
print(2)
return
[count_to(3)] <--
[count_to(4)]
[main]
print(3)
return
[count_to(4)] <--
[main]
print(4)
return
[main] <--
最后,执行返回到main,然后退出。
我建议阅读维基百科的文章,例如 stack-based memory allocation 和 call stack,并编写很多微型递归程序,例如这里的示例,看看它们是如何工作的。