1. 前提
2. 快速排序與歸並排序的遞歸
快速排序（Quick Sort）與歸並排序（Merge Sort）雖然都采用了遞歸地思想，但是其遞歸地本質卻有所不同。
- 快速排序，手動划分，自然有序。
- 歸並排序，自然兩分，手動合並。
快速排序，是先通過划分（partition）算法，將數組兩分，划分的過程中，比主元（pivot）小的數字全部被划分到了左側，比主元大的數字全部被划分到了右側。
然后對兩分的數組進行遞歸。當數組兩側的長度均小於等於1，那么數組就自然有序了。
歸並排序，是將原數組二等分，直到被等分的數組長度小於等於1，那么被等分的數組就有序了，然后對這等分的數組進行合並。
所以說，快速排序與歸並排序，正好代表了遞歸的兩種典型，如果將遞歸的過程看做是一顆二叉樹，那么：
- 快速排序：下層遞歸的實現，依賴上層操作的結果。（只有父節點操作完成，才能對子節點進行遞歸）
- 歸並排序：上層遞歸的操作，依賴下層遞歸的結果。（只有子節點全部操作完成，才可以操作父節點）
3. 快速排序非遞歸實現的堆棧模型 stack 與 記錄模型 record
快速排序這種，優先操作，然后遞歸的特點，大大簡化了構造目標堆棧模型的難度。
在歸並排序中，不難發現，其構造目標堆棧模型的過程，是不斷入棧的過程，最后一次性地處理堆棧信息。
相反，在快速排序中，目標堆棧是一個不斷 入棧-出棧 的過程，在出棧的過程中，就對數據進行處理，沒有必要再最后一次性處理。
而且，由於划分具有不穩定性，所以沒有辦法給出確切的堆棧模型。
快速排序的遞歸過程，只需要關心其左邊與右邊的坐標：
private static class Record {
int left;
int right;
private Record(int left, int right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
}
4. 快速排序非遞歸的過程
快速排序非遞歸的執行過程中，只需要一個堆棧空間，其運行過程如下：
- 對原數組進行一次划分，分別將左邊的 Record 和 右邊的 Record 入棧 stack。
- 判斷 stack 是否為空，若是，直接結束；若不是，將棧頂 Record 取出，進行一次划分。
- 判斷左邊的 Record 長度（這里指 record.right - record.left + 1）大於 1，將左邊的 Record 入棧；同理，右邊的 Record。
- 循環步驟 2、3。
於是，有如下代碼：
public final class QuickSortLoop extends BasicQuickSort {
private Stack<Record> stack = new Stack<>();
@Override
public void sort(int[] array) {
int left = 0;
int right = array.length - 1;
if (left < right) {
int pivot = partitionSolution.partition(array, left, right);
if (pivot - 1 >= left) {
stack.push(new Record(left, pivot - 1));
}
if (pivot + 1 <= right) {
stack.push(new Record(pivot + 1, right));
}
while (!stack.isEmpty()) {
Record record = stack.pop();
pivot = partitionSolution.partition(array, record.left, record.right);
if (pivot - 1 >= record.left) {
stack.push(new Record(record.left, pivot - 1));
}
if (pivot + 1 <= record.right) {
stack.push(new Record(pivot + 1, record.right));
}
}
}
}
private static class Record {
int left;
int right;
private Record(int left, int right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
}
}
如果 Record 模型過於簡單，可以直接通過入棧-出棧 具體的數據來簡化這個過程。
5. 關於遞歸轉循環需要知道的事情
通過歸並排序和快速排序非遞歸實現的講解，似乎將其轉化為循環是一個更佳的做法，其實不然，它只適用於特定的場景。
關於這種方法，需要有如下的認知：
- 遞歸的代碼，在很多時候比循環的代碼更加容易理解。
- 遞歸轉循環，在效率上並沒有提高。相反，由於增加了構造堆棧模型的過程，其消耗的時間更多。
- 只有當遞歸的層數過多，而導致 StackOverFlow 的問題出現，才考慮使用遞歸轉循環的方法。
- 可以通過調整 JVM 參數，來達到擴充堆棧空間的目的，但是一般不推薦這么做，因為這個影響是整體的。
- 從代碼的角度，如果循環能夠解決問題，那么就使用循環；如果遞歸能解決問題，那么就使用遞歸，沒有必要特意去做兩者的轉換。