[Java知识库]【?Java】C语言里叫【函数】，Java里叫【方法】——一文讲清楚Java里的“函数“——方法

💜写在前边💜

前言
咱们在C语言里肯定都学过函数吧，相信大家对函数的理解已经很深刻了，因为函数在C里用的会很多，特别是做项目的时候，会分模块来写，Java里同样为大家提供了“函数”，只不过叫法不一样，Java里叫【方法】，接下来请往下看

🌟方法的基本用法

🌙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.

🌙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...);

代码示例: 实现一个方法实现两个整数相加

class Test {
public static void main(String[] args) {
    int a = 3;
    int b = 2;
    // 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 = 5

注意事项
1. public 和 static 两个关键字在此处具有特定含义, 暂时不讨论, 后面会详细介绍.
2. 方法定义时, 参数可以没有. 每个参数要指定类型
3. 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(类似C语言)
4. 方法定义时的参数称为 “形参”, 方法调用时的参数称为 “实参”.
5. 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.
6. Java 中 没有 “函数声明” 这样的概念（个人觉得是很爽的，在C里边经常被函数声明的问题恶心到）.

🌙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.

代码示例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

代码示例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

🌙实参和形参的关系（敲重点）

代码示例: 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:由于在Java里，是拿不到栈上的地址的！
所以用传引用类型参数 (例如数组来解决这个问题)

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

🌙无返回值的方法

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.

🌟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.

🌙重载要解决的问题·

代码示例

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

修改后的代码

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

🌙使用重载

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);
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

针对同一个类或者继承关系:

• 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

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;
}
}
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.

🌟方法递归

若一个对象部分的包含自己或用它自己给自己定义，那么我们说这个对象是递归的；若一个过程直接或间接的调用自己，那么这个过程是递归的。递归的思想是把问题分解为规模更小具有与原问题相同解法的子问题，因此可以让我们思考的方式更加简单，程序也更加简练。不过就递归函数而言递归增加了压栈开销，因此【空间复杂度比较高】。

🌙递归的概念

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.
递归条件：
（1）减小问题规模，并使子问题与原问题有相同解法。
（2）设置出口，如果没有出口那么程序会一直递归下去。

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); 这句代码是关键所在 factor 函数调用函数自身
}
// 执行结果
ret = 120

这个代码是关键所在就是 【factor 函数调用函数自身】接下来请看详细分析

🌙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, 步骤打印

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; }

-------// 设定求5的阶乘，执行结果如下------------------------
        
             函数开始, n = 5  //调用自己
             函数开始, n = 4  //调用自己
             函数开始, n = 3  //调用自己
             函数开始, n = 2  //调用自己
             函数开始, n = 1  //到达停止条件，返回 1

-------//到达终止条件，开始一层一层返回值---------------------
   
             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

执行过程图解

🌙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)

public static void print(int num) {
   if (num > 9) {
       print(num / 10);
  }
   System.out.println(num % 10);
}

代码示例2
递归求 1 + 2 + 3 + … + 10

public static int sum(int num) { 
if (num == 1) { 
return 1; 
} 
return num + sum(num - 1); 
}

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

public static int sum(int num) { 
if (num < 10) { 
return num; 
} 
return num % 10 + sum(num / 10); 
}

代码示例4 （敲重点！！敲重点！！敲重点！！）
求斐波那契数列的第n项【斐波那契数列是一组第一位和第二位为1，从第三位开始，后一位是前两位和的一组递增数列，像这样的：0、1、1、2、3、5、8、13、21、34、55…】

方法一：循环
这种解法是比较高效的一种解法
时间复杂度O(n),空间复杂度O(1)

import java.util.Scanner;
public class 斐波那契数 {//时间复杂度O(n),空间复杂度O(1)
   public static void main(String[] args) {
       Scanner scn = new Scanner(System.in);
       int n = scn.nextInt();
       int a = 0;
       int b = 1;
       int tmp = 0;
       if (n==1){
           System.out.println(0);
       }
       else if (n==2){
           System.out.println(1);
       }
       else if (n>2) {
           for ( int i = 3; i <= n; i++ ) {
               tmp = a+b;
               a = b;
               b = tmp;
           }
           System.out.println(b);
       }
   }
}

方法二：递归
此解法思维方式非常简单
但是时间复杂度特别高，时间复杂度O(2^n),空间复杂度O(n)
不建议采用这种方法。

import java.util.Scanner;
public class 递归求斐波那契数列 {//时间复杂度O(2^N),空间复杂度O(n)
    public static int count = 0;
    public static int Fib(int n) {
        if (n==1)
           return 0;
        else if (n==2||n==3)
          return 1;
       else if (n==4)
          count++;
        return Fib(n-1)+Fib(n-2);
    }
   public static void main(String[] args) {
       Scanner scn = new Scanner(System.in);
       while (scn.hasNextInt()) {
           int n = scn.nextInt();
           System.out.println("第"+n+"个斐波那契数是"+Fib(n));
           System.out.println("递归了"+count+"次");
           count = 0;
       }
   }
}

可以看到当求第40个斐波那契数时，重复次数高达24157817次

方法三：高效递归
如果说前一种递归解法是由后向前计算，那么这种解法就是由前向后计算了，
这种递归方式属于尾递归，因此在进行递归时函数只会使用第一次压栈所开辟的栈空间，在一个栈空间内循环，而不会开辟别的栈空间
所以这种方式时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)是一种非常高效的递归方式。

import java.util.Scanner;
public class 高效递归求斐波那契数列 { //时间复杂度O(n)，空间复杂度O(1)
   public static int Fib(int first,int sec,int n) {
       if (n==1)
           return first;
       else
           return Fib(sec,first+sec,n-1);
   }
  public static void main(String[] args) {
       Scanner scn = new Scanner(System.in);
       while (scn.hasNextInt()) {
           int n = scn.nextInt();
           System.out.println("第"+n+"个斐波那契数是"+Fib(0,1,n));
       }
   }
}

🌙递归总结

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.

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