【JavaSE】方法的使用

1. 方法的基本用法

1.1 什么是方法（method）

方法就是一个代码片段. 类似于 C 语言中的 “函数”.
方法存在的意义:

1. 是能够模块化的组织代码(当代码规模比较复杂的时候).
2. 做到代码被重复使用, 一份代码可以在多个位置使用.
3. 让代码更好理解更简单.
4. 直接调用现有方法开发, 不必重复造轮子.
   回忆一个之前写过的代码: 计算 1! + 2! + 3! + 4! + 5！

int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    
    
int tmp = 1;
for (int j = 1; j <= i; j++) {
    
    
tmp *= j;
}
sum += tmp;
}
System.out.println("sum = " + sum);

这个代码中使用双重循环, 比较容易写错.
接下来我们可以使用方法来优化这个代码.

1.2 方法定义语法

基本语法

// 方法定义
public static 方法返回值 方法名称（[参数类型 形参 ...]){
    
    
方法体代码;
[return 返回值];
}
// 方法调用
返回值变量 = 方法名称(实参...);

代码演示

实现一个方法实现两个整数相加

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
// 方法的调用
int ret = add(a, b);
System.out.println("ret = " + ret);
}
// 方法的定义
public static int add(int x, int y) {
    
    
return x + y;
}
}
// 执行结果
ret = 30

注意事项

注意事项

• public 和 static 两个关键字在此处具有特定含义（后边在具体说明）.
• 方法定义时, 参数可以没有. 每个参数要指定类型
• 方法定义时, 返回值也可以没有, 如果没有返回值, 则返回值类型应写成 void
• 方法定义时的参数称为 “形参”, 方法调用时的参数称为 “实参”.
• 方法的定义必须在类之中, 代码书写在调用位置的上方或者下方均可.
• Java 中没有 “函数声明” 这样的概念.

1.3 方法调用的执行过程

基本规则

• 定义方法的时候, 不会执行方法的代码. 只有调用的时候才会执行.
• 当方法被调用的时候, 会将实参赋值给形参.
• 参数传递完毕后, 就会执行到方法体代码.
• 当方法执行完毕之后(遇到 return 语句), 就执行完毕, 回到方法调用位置继续往下执行.
• 一个方法可以被多次调用.

代码演示

1、计算两个整数相加

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
System.out.println("第一次调用方法之前");
int ret = add(a, b);
System.out.println("第一次调用方法之后");
System.out.println("ret = " + ret);
System.out.println("第二次调用方法之前");
ret = add(30, 50);
System.out.println("第二次调用方法之后");
System.out.println("ret = " + ret);
}
public static int add(int x, int y) {
    
    
System.out.println("调用方法中 x = " + x + " y = " + y);
return x + y;
}
}
// 执行结果
一次调用方法之前
调用方法中 x = 10 y = 20
第一次调用方法之后
ret = 30
第二次调用方法之前
调用方法中 x = 30 y = 50
第二次调用方法之后
ret = 80

2、计算 1! + 2! + 3! + 4! + 5!

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    
    
sum += factor(i);
}
System.out.println("sum = " + sum);
}
public static int factor(int n) {
    
    
System.out.println("计算 n 的阶乘中! n = " + n);
int result = 1;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    
    
result *= i;
}
return result;
}
}
// 执行结果
计算 n 的阶乘中! n = 1
计算 n 的阶乘中! n = 2
计算 n 的阶乘中! n = 3
计算 n 的阶乘中! n = 4
计算 n 的阶乘中! n = 5
sum = 153

使用方法, 避免使用二重循环, 让代码更简单清晰.

我们在来看方法调用的过程，会形成栈帧：

public class java21_4 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
       a();
    }

    private static void a() {
    
    
        b();
    }

    private static void b() {
    
    
        c();
    }

    private static void c() {
    
    
        d();
    }

    private static void d() {
    
    
        e();
    }

    private static void e() {
    
    
    }
}

1.4 实参和形参的关系(重要)

代码演示

交换两个整型变量：

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
swap(a, b);
System.out.println("a = " + a + " b = " + b);
}
public static void swap(int x, int y) {
    
    
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
}
// 运行结果
a = 10 b = 20

原因分析
刚才的代码, 没有完成数据的交换.
对于基础类型来说, 形参相当于实参的拷贝. 即 传值调用

int a = 10;
int b = 20;
int x = a;
int y = b;
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;

可以看到, 对 x 和 y 的修改, 不影响 a 和 b.
解决办法: 传引用类型参数 (例如数组来解决这个问题)
这个代码的运行过程, 后面学习数组的时候再详细解释.

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int[] arr = {
    
    10, 20};
swap(arr);
System.out.println("a = " + arr[0] + " b = " + arr[1]);
}
public static void swap(int[] arr) {
    
    
int tmp = arr[0];
arr[0] = arr[1];
arr[1] = tmp;
}
}
// 运行结果
a = 20 b = 10

1.5 没有返回值的方法

方法的返回值是可选的. 有些时候可以没有的.

代码示例

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
print(a, b);
}
public static void print(int x, int y) {
    
    
System.out.println("x = " + x + " y = " + y);
}
}

另外, 如刚才的交换两个整数的方法, 就是没有返回值的.

2. 方法的重载

有些时候我们需要用一个函数同时兼容多种参数的情况, 我们就可以使用到方法重载.

2.1 重载要解决的问题

代码示例

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
print(a, b);
}
public static void print(int x, int y) {
    
    
System.out.println("x = " + x + " y = " + y);
}
}
class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
int ret = add(a, b);
System.out.println("ret = " + ret);
double a2 = 10.5;
double b2 = 20.5;
double ret2 = add(a2, b2);
System.out.println("ret2 = " + ret2);
}
public static int add(int x, int y) {
    
    
return x + y;
}
}
// 编译出错
Test.java:13: 错误: 不兼容的类型: 从double转换到int可能会有损失
double ret2 = add(a2, b2);
^

由于参数类型不匹配, 所以不能直接使用现有的 add 方法.
那么是不是应该创建这样的代码呢?

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
int ret = addInt(a, b);
System.out.println("ret = " + ret);
double a2 = 10.5;
double b2 = 20.5;
double ret2 = addDouble(a2, b2);
System.out.println("ret2 = " + ret2);
}
public static int addInt(int x, int y) {
    
    
return x + y;
}
public static double addDouble(double x, double y) {
    
    
return x + y;
}
}

这样的写法是对的(例如 Go 语言就是这么做的), 但是 Java 认为 addInt 这样的名字不友好, 不如直接就叫 add

2.2 使用重载

代码演示

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
int ret = add(a, b);
System.out.println("ret = " + ret);
double a2 = 10.5;
double b2 = 20.5;
double ret2 = add(a2, b2);
System.out.println("ret2 = " + ret2);
double a3 = 10.5;
double b3 = 10.5;
double c3 = 20.5;
double ret3 = add(a3, b3, c3);
System.out.println("ret3 = " + ret3);
}
public static int add(int x, int y) {
    
    
return x + y;
}
public static double add(double x, double y) {
    
    
return x + y;
}
public static double add(double x, double y, double z) {
    
    
return x + y + z;
}
}

方法的名字都叫 add. 但是有的 add 是计算 int 相加, 有的是 double 相加; 有的计算两个数字相加, 有的是计算三个数字相加.
同一个方法名字, 提供不同版本的实现, 称为 方法重载。

重载的规则

针对同一个类:

• 方法名相同
• 方法的参数不同(参数个数或者参数类型)
• 方法的返回值类型不影响重载.

代码示例

class Test {
    
    
public static void main(String[] args) {
    
    
int a = 10;
int b = 20;
int ret = add(a, b);
System.out.println("ret = " + ret);
}
public static int add(int x, int y) {
    
    
return x + y;
}
public static double add(int x, int y) {
    
    
return x + y;
}
}
// 编译出错
Test.java:13: 错误: 已在类 Test中定义了方法 add(int,int)
public static double add(int x, int y) {
    
    
^
1 个错误

当两个方法的名字相同, 参数也相同, 但是返回值不同的时候, 不构成重载.

3. 方法递归

3.1 递归的概念

一个方法在执行过程中调用自身, 就称为 “递归”.
递归相当于数学上的 “数学归纳法”, 有一个起始条件, 然后有一个递推公式.

例如, 我们求 N!
起始条件: N = 1 的时候, N! 为 1. 这个起始条件相当于递归的结束条件.
递归公式: 求 N! , 直接不好求, 可以把问题转换成 N! => N * (N-1)!

代码示例: 递归求 N 的阶乘

public static void main(String[] args) {
    
    
int n = 5;
int ret = factor(n);
System.out.println("ret = " + ret);
}
public static int factor(int n) {
    
    
if (n == 1) {
    
    
return 1;
}
return n * factor(n - 1); // factor 调用函数自身
}
// 执行结果
ret = 120

3.2 递归执行过程分析

递归的程序的执行过程不太容易理解, 要想理解清楚递归, 必须先理解清楚 “方法的执行过程”, 尤其是 “方法执行结束之后, 回到调用位置继续往下执行”.

代码示例: 递归求 N 的阶乘, 加上日志版本

public static void main(String[] args) {
    
    
int n = 5;
int ret = factor(n);
System.out.println("ret = " + ret);
}
public static int factor(int n) {
    
    
System.out.println("函数开始, n = " + n);
if (n == 1) {
    
    
System.out.println("函数结束, n = 1 ret = 1");
return 1;
}
int ret = n * factor(n - 1);
System.out.println("函数结束, n = " + n + " ret = " + ret);
return ret;
}
// 执行结果
函数开始, n = 5
函数开始, n = 4
函数开始, n = 3
函数开始, n = 2
函数开始, n = 1
函数结束, n = 1 ret = 1
函数结束, n = 2 ret = 2
函数结束, n = 3 ret = 6
函数结束, n = 4 ret = 24
函数结束, n = 5 ret = 120
ret = 120

• 方法调用的时候, 会有一个 “栈” 这样的内存空间描述当前的调用关系. 称为调用栈.
• 每一次的方法调用就称为一个 “栈帧”, 每个栈帧中包含了这次调用的参数是哪些, 返回到哪里继续执行等信息.
• 借助 IDEA 很容易看到调用栈的内容.
  我们可以观察下边代码的调用栈：

 public static void main(String[] args) {
    
    
        int n = 10;
        a(10);
    }

    private static void a(int num) {
    
    
        if (num == 0) {
    
    
            return;
        }
        a(num-1);
    }

3.3 递归练习

代码示例1 按顺序打印一个数字的每一位(例如 1234 打印出 1 2 3 4)
代码示例2 递归求 1 + 2 + 3 + … + 10
代码示例3 写一个递归方法，输入一个非负整数，返回组成它的数字之和. 例如，输入 1729, 则应该返回1+7+2+9，它的和是19
代码示例4 求斐波那契数列的第 N 项

3.4 递归小结

递归是一种重要的编程解决问题的方式.
有些问题天然就是使用递归方式定义的(例如斐波那契数列, 二叉树等), 此时使用递归来解就很容易.
有些问题使用递归和使用非递归(循环)都可以解决. 那么此时更推荐使用循环, 相比于递归, 非递归程序更加高效.