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c++如何实现斐波那契数列_c++递归与非递归写法【算法】

冰火之心

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发布时间:2026-01-24 16:11:02

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递归写法简洁但易栈溢出;需设边界n

c++如何实现斐波那契数列_c++递归与非递归写法【算法】

递归写法:简洁但容易溢出

直接用 fib(n) = fib(n-1) + fib(n-2) 定义,边界是 n 时返回 n。看似直观,但时间复杂度是指数级 O(2^n),因为重复计算大量子问题。

常见错误现象:fib(50) 就明显卡顿,fib(100) 基本无法在合理时间内返回;调用深度过大还会触发栈溢出(stack overflow)。

实操建议:

  • 仅用于教学演示或 n 的极小规模场景
  • 加个简单剪枝(如记忆化)就能大幅改善,但那就不是纯递归了
  • 别在生产代码里裸写这个版本,尤其不能放在实时或嵌入式环境中

迭代写法:推荐的默认实现

用两个变量 ab 滚动更新,每次算出下一个值后平移窗口。时间复杂度 O(n),空间复杂度 O(1),稳定、高效、无栈风险。

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典型使用场景:需要快速获取第 n 项、批量生成前 N 项、内存受限环境(如单片机)。

注意点:

  • n = 0n = 1 要单独处理,避免循环不执行就返回错误值
  • 如果 n 很大(比如 > 90),intlong long 会溢出,得用 unsigned long long 或大数库
  • 循环起始条件别写成 i = 2; i ,而应是 i = 2; i ,否则多算一轮

矩阵快速幂:适合超大 n 的对数解法

利用斐波那契的线性递推可表示为矩阵乘法:[f(n), f(n-1)]^T = [[1,1],[1,0]]^(n-1) * [f(1), f(0)]^T。用快速幂把乘方降到 O(log n) 时间。

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适用条件:

  • n 达到 1e18 级别,迭代都嫌慢
  • 题目明确要求“模某个数”(如 1e9+7),此时矩阵元素可全程取模
  • 你熟悉二进制拆分和矩阵乘法封装

坑点:

  • 单位矩阵初始化错(比如设成全 0)会导致结果恒为 0
  • 幂次是 n-1 而不是 nn=0n=1 必须特判
  • 手写 2×2 矩阵乘法时行列顺序写反,结果完全不对

模板类封装:兼顾类型安全与复用性

template 包一层迭代逻辑,既能支持 intlong long,也能配合自定义大整数类型使用。比裸函数更健壮。

示例核心片段:

template
T fib(int n) {
    if (n <= 1) return static_cast(n);
    T a = 0, b = 1;
    for (int i = 2; i < n; ++i) {
        T c = a + b;
        a = b;
        b = c;
    }
    return b;
}

关键细节:

  • 强制转换 static_cast(n) 防止 n 是负数或大整数时隐式截断
  • 不要用 auto 推导 a/b 类型——它会绑定到参数 n 的类型,而非模板参数 T
  • 若需支持编译期计算(constexpr),得改用 constexpr 迭代或特化,普通 for 循环不行

实际项目中,95% 的情况用迭代就够了。矩阵快速幂看着炫,但多数业务场景根本不需要那么大的 n;而递归除了讲原理,基本没有上生产的价值。类型封装倒值得花十分钟写好,以后所有数值类型都能复用。

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