JavaSE-No.4——Java方法的使用_java

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本章目录

前言
1. 方法的概念和使用
- 1.1 什么是方法（method）
- 1.2 方法定义
- 1.3 方法调用的执行过程
- 1.4 实参和形参的关系（重要）
- 1.5 没有返回值的方法
2. 方法重载
- 2.1 为什么需要方法重载
- 2.2 方法重载概念
- 2.3 方法签名
3. 递归
- 3.1 递归的概念
- 3.2 递归执行过程分析
- 3.3 递归练习

前言

在编程中，某段功能的代码可能频繁使用到，如果在每个位置都重新实现一遍，会出现使程序变得繁琐；开发效率低下，做了大量重复性的工作等诸多问题。

因此，在编程中，我们通常使用“方法”来解决这个问题。本篇文章就让我们来讲一讲方法的使用，下面我们就开始吧~

1. 方法的概念和使用 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(不要背, 重在体会):

是能够模块化的组织代码(当代码规模比较复杂的时候).
做到代码被重复使用, 一份代码可以在多个位置使用.
让代码更好理解更简单.
直接调用现有方法开发, 不必重复造轮子.

1.2 方法定义

方法语法格式

// 方法定义

修饰符返回值类型方法名称([参数类型形参 …]){

方法体代码;

[return 返回值];

}

例如：实现两个整数相加

public class example {
    // 方法的定义
    public static int add(int x, int y) { 
        return x + y;
    }
}

# 注意事项 #

修饰符：现阶段直接使用public static 固定搭配
返回值类型：如果方法有返回值，返回值类型必须要与返回的实体类型一致，如果没有返回值，必须写成void
方法名字：采用小驼峰命名
参数列表：如果方法没有参数，( )中什么都不写，如果有参数，需指定参数类型，多个参数之间使用逗号隔开
方法体：方法内部要执行的语句
在java当中，方法必须写在类当中，方法不能嵌套定义，没有方法声明一说

1.3 方法调用的执行过程

【方法调用过程】

调用方法—>传递参数—>找到方法地址—>执行被调方法的方法体—>被调方法结束返回—>回到主调方法继续往下执行

例如：计算两个整数相加

public class example {
    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

# 注意事项 #

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
一个方法可以被多次调用

1.4 实参和形参的关系（重要）

方法的形参相当于数学函数中的自变量，形参的名字可以随意取，对方法都没有任何影响，形参只是方法在定义时需要借助的一个变量，用来保存方法在调用时传递过来的值。

例如：

public static int getSum(int N){ // N是形参 
        return (1+N)*N / 2; 
}

getSum(10); // 10是实参,在方法调用时，形参N用来保存10 
getSum(100); // 100是实参，在方法调用时，形参N用来保存100

# 注意 # 在Java中，实参的值永远都是拷贝到形参中，形参和实参本质是两个实体

例如：交换两个整型变量

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

我们来运行一下，我们可以看到，在swap函数交换之后，形参x和y的值发生了改变，但是main方法中a和b还是交换之前的值，即没有交换成功。

那么这是为什么呢？

实参a和b是main方法中的两个变量，其空间在main方法的栈(一块特殊的内存空间)中，而形参x和y是swap方法中的两个变量，x和y的空间在swap方法运行时的栈中，因此：实参a和b 与形参x和y是两个没有任何关联性的变量，在swap方法调用时，只是将实参a和b中的值拷贝了一份传递给了形参x和y，因此对形参x和y *** 作不会对实参a和b产生任何影响。

# 注意 #对于基础类型来说, 形参相当于实参的拷贝. 即传值调用，Java中不存在传址调用

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，没有时返回值类型必须写成void

例如：

public class example {
    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); 
    }
}

2. 方法重载 2.1 为什么需要方法重载

例如：

public class example {
    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; 
    }
}

如果我们编译上面这个代码，会报错，在ret2处，参数类型并不匹配。由于参数类型不匹配, 所以不能直接使用现有的 add 方法。

一种比较简单粗暴的解决方法如下：

public class example {
    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; 
    } 
}

上述代码确实可以解决问题，但不友好的地方是：需要提供许多不同的方法名，而取名字本来就是让人头疼的事情。那能否将所有的名字都给成 add 呢？

2.2 方法重载概念

在自然语言中，经常会出现“一词多义”的现象。一个词语如果有多重含义，那么就说该词语被重载了，具体代表什么含义需要结合具体的场景。在Java中方法也是可以重载的。

在Java中，如果多个方法的名字相同，参数列表不同，则称该几种方法被重载了。

例如：

public class example {
    public static void main(String[] args) {
        add(1, 2); // 调用add(int, int)
        add(1.5, 2.5); // 调用add(double, double)
        add(1.5, 2.5, 3.5); // 调用add(double, double, double)
    }
    
    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; 
    } 
}

即使方法名相同，函数参数类型以及个数不同，也不会报错。

# 注意事项 #

方法名必须相同
参数列表必须不同(参数的个数不同、参数的类型不同、类型的次序必须不同)
与返回值类型是否相同无关，两个方法如果仅仅只是因为返回值类型不同，是不能构成重载的
编译器在编译代码时，会对实参类型进行推演，根据推演的结果来确定调用哪个方法

2.3 方法签名

在同一个作用域中不能定义两个相同名称的标识符。比如：方法中不能定义两个名字一样的变量，那为什么类中就可以定义方法名相同的方法呢？

方法签名即：经过编译器编译修改过之后方法最终的名字。具体方式：方法全路径名+参数列+返回值类型，构成方法完整的名字。

我们将2.2中的代码编译之后，然后使用JDK自带的javap反汇编工具查看，具体 *** 作：

先对工程进行编译生成.class字节码文件
在控制台中进入到要查看的.class所在的目录
输入：javap -v 字节码文件名字即可

方法签名中的一些特殊符号说明：

特殊字符	数据类型
V	void
Z	boolean
B	byte
C	char
S	short
I	int
J	long
F	float
D	double
[	数组(以[开头，配合其他的特殊字符，表述对应数据类型的数组，几个[表述几维数组)
L	引用类型，以L开头，以;结尾，中间是引用类型的全类名

3. 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

比如：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)!

递归的必要条件：

将原问题划分成其子问题， # 注意 #：子问题必须要与原问题的解法相同
递归出口

例如：递归求 N 的阶乘

public class example {
    public static void main(String[] args) { 
        int n = 3; 
        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 
    }
}

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”.

下面我们来画图分析一下递归求N的阶乘

关于 "调用栈"

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.

3.3 递归练习

代码示例1：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2：求斐波那契数列的第 N 项

public static int fib(int n) { 
        if (n == 1 || n == 2) { 
            return 1; 
        }
        return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

# 注意 # 当我们求 fib(40) 的时候发现, 程序执行速度极慢. 原因是进行了大量的重复运算.

public class example {
    public static int count = 0; // 这个是类的成员变量. 后面会详细介绍到.
    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println(fib(40)); 
        System.out.println(count); 
    }
    public static int fib(int n) { 
        if (n == 1 || n == 2) { 
            return 1; 
        }
        if (n == 3) {
                count++; 
        }
        return fib(n - 1) + fib(n - 2); 
    }
}

// 执行结果 
102334155 
39088169 // fib(3) 重复执行了 3 千万次.

这时我们可以使用循环的方式来求斐波那契数列问题, 避免出现冗余运算

public static int fib(int n) {
        int last2 = 1; 
        int last1 = 1; 
        int cur = 0; 
        for (int i = 3; i <= n; i++) {
            cur = last1 + last2; 
            last2 = last1; 
            last1 = cur; 
        }
        return cur; 
}