从汇编的眼光看C++（之递归函数与模板类）

 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。

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1. int process(int m)  
2. {  
3.     int index = 0;  
4.     int count = 0;  
5.     assert(m >= 0);  
6.   
7.     for (; index <=m; index++){  
8.         count += index;  
9.     }  
10.   
11.     return count;  
12. }  

    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。

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1. int process(int m)  
2. {  
3.     assert(m >= 0);  
4.   
5.     if(m == 0)  
6.         return 0;  
7.     else  
8.         return process(m -1) + m;  
9. }  

    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：

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1. template<int m>  
2. class calculate  
3. {  
4. public:  
5.     static int process()  
6.     {  
7.         return calculate<m-1>::process() + m;  
8.     }  
9. };  
10.   
11. template<>  
12. class calculate<0>  
13. {  
14. public:  
15.     static int process()  
16.     {  
17.         return 0;  
18.     }  
19. };  

    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：

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1. 258:      int value = calculate<5>::process();  
2. 004013D8   call        @ILT+45(calculate<5>::process) (00401032)  
3. 004013DD   mov         dword ptr [ebp-4],eax  
4. 259:      return;  
5. 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：

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1. 242:          return calculate<m-1>::process() + m;  
2. 00401F68   call        @ILT+40(calculate<4>::process) (0040102d)  
3. 00401F6D   add         eax,5  
4. 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：

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1. 250:      static int process()  
2. 251:      {  
3. 00402090   push        ebp  
4. 00402091   mov         ebp,esp  
5. 00402093   sub         esp,40h  
6. 00402096   push        ebx  
7. 00402097   push        esi  
8. 00402098   push        edi  
9. 00402099   lea         edi,[ebp-40h]  
10. 0040209C   mov         ecx,10h  
11. 004020A1   mov         eax,0CCCCCCCCh  
12. 004020A6   rep stos    dword ptr [edi]  
13. 252:          return 0;  
14. 004020A8   xor         eax,eax  
15. 253:      }  
16. 004020AA   pop         edi  
17. 004020AB   pop         esi  
18. 004020AC   pop         ebx  
19. 004020AD   mov         esp,ebp  
20. 004020AF   pop         ebp  
21. 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？