Java 用函数的模块化思想来设计程序

在学习Java中的函数之前,大家是否了解了点函数了呢?无论有没有了解过函数,接下来就看看我一个Java小白对函数的理解吧

为什么要有函数呢?

软件工程的中心目标之一是程序的模块化和可重用性,Java中提供的了一些有助于完成这目标的有效结构,这种结构就叫做函数或方法。

当然Java中也有自带的常用函数(点击~~>常用函数,即可查看)以下主要介绍的是程序员自定义的函数:

下面介绍函数在Java中的结构(即语法):

public static void main(String[] args){
    函数体;
}

这是Java初学者遇到的第一个函数,我们称它为main函数(主函数);

让我们看看这个函数是由什么构成的:

函数的权限 public主函数是公开权限(最大权限)
函数的状态类型 static主函数是静态函数
函数的返回值类型 void该函数没有返回值
函数名 main主函数的名称
括号内的是参数(可以是一个,也可以是多个) String[] 表示的是一个字符串数组(数据类型)
                                                                             args 就是这个数据类型的变量名称

函数体{}内 是函数具体执行的部分执行到最后会由return;来结束函数,也称函数的弹栈(这是函数栈性执行的特点,在下文中会详细介绍)。如果后面跟着一个返回值(若没有返回值,return可以省略),那么函数弹栈时会有返回值返回到调用的函数中(函数之间的调用在下文详细介绍)

所以函数的结构组成就是:

权限 状态类型 返回值类型 函数名(参数){

           函数体;

           return 返回值;

}

 了解了函数结构后那我们就来敲代码吧!!(体现一下函数的作用)

来编写一个能算a^{x}的值的程序,其中a为任意实数,x为任意整数,代码可以算出任意个值。

 在没学函数之前我们会将代码都写在main函数中,代码如下:

 如果我们要在程序结束前算多个值,就需要重复写多次相似的代码,程序看上去就会比较繁杂

class Demo{
    public void main(String[] args){
        //算2^4
        double a = 2;               
        int x = 4;
        double sum = 1;
        if(x==0 && a!=0){            
            System.out.println(1);
            return;
        }
        for(int i = 1;i<=x;i++){
            sum = sum*a;
        }
        System.out.println(sum);
        //算4^6
        double a1 = 4;               
        int x1 = 6;
        double sum1 = 1;
        if(x1==0 && a1!=0){            
            System.out.println(1);
            return;
        }
        for(int i = 1;i<=x1;i++){
            sum1 = sum1*a;
        }
        System.out.println(sum1);
    }
}

接下来我们使用构造出一个函数来解决问题,代码如下:

class Demo{
    public static void main(String[] args){
        double sum1=pow(2,4);        //调用函数的语句。如果要算多个值,只需多调用这个语句,写上参数即可
        double sum2=pow(4,6);
        System.out.println(sum1);
        System.out.println(sum2);
    }
    public static double pow(double a,int x){
        double sum = 1;
        if(x==0 && a!=0){
            return sum;
        }
        for(int i = 1;i<=x;i++){
            sum = sum*a;
        }
        return sum;
    }
}

这样写出的代码就模块化了,看上去也不繁杂。

注意:千万不要在函数的内部创建函数 函数必须在类里面 函数们之间是平级关系
           在Java当中函数的定义在函数调用之前后都可以

不知道大家有没有看懂构造一个函数来解决问题的代码?没有看懂的话也没有关系,下面听我细细道来:

首先说明代码执行的流程:

从main函数开始:double sum1=pow(2,4);开始调用函数,将参数2与4分别传给了pow()函数中的 a 与 x 。此时局部变量a=2,x=4。我们将这里的2、4称为实际参数,a、x称为形式参数,且传的2、4在常量池中的地址。

将传参数、调用pow之后,接下来执行pow内的函数体(函数的调用):

double sum = 1;定义了一个double类型变量将1赋值给sum。接下来用if来判断x在a不等于的情况下是否为0,若为x为0则直接return返回sum的值,(a^{x}当a不等于0且x为0时,结果为1,就是sum的初始值1。若x不为0,则进入for循环,将a进行累乘的结果赋给sum,结束循环后return返回sum的值,函数pow()执行结束(弹栈)。返回值赋给了main中的变量sum1。

返回main函数:double sum2=pow(4,6);与上述流程一样(不重复说明)执行后,再执行System.out.println(sum1);输出sum1的值,System.out.println(sum2);同样输出sum2的值。

最后main函数后还有一个隐藏的return语句:执行后结束main函数,程序结束。

以上就是代码执行的流程,下面用流程图演示 传参与栈性执行特点:

函数栈:

函数的执行流程就像栈的特点,我们知道栈具有先进后出的特点。

函数执行时,main函数先入栈,此时main函数是栈顶,执行main函数,当调用其他函数时(如上述的pow()函数),被调用的函数就会入栈成为栈顶,这时main函数进行等待,栈顶的函数先执行,执行完后该函数弹栈,接下来再执行main函数的剩余部分。

 函数运行的流程就是解释到这里啦!!

函数的重载:

函数重载是在代码中出现同名的函数,它们之间可以不同的是参数的数量与类型,执行内容。

函数重载的好处就在于我们可以扩展函数的功能,下面我就举个例子:

写一个max()函数来判读两个数据的大小

首先我们想到的是判断两个整数的大小,代码如下:

class Demo{
    public static void main(String[] args){
       System.out.println(max(22,5)); 
    }
    public static int max(int a,int b){
        int max;
        if(a>b){
            max=a;
        }else{
            max=b;
        }
        return max;
    }
}

如果这时我们想比较两个浮点数的大小,我们就可以将函数重载,将下面的重载函数添加到上例代码中即可:

    public static double max(double a,double b){
        double max;
        if(a>b){
            max=a;
        }else{
            max=b;
        }
        return max;
    }

如果我们想比较二个字母的大小,也可以将函数重载,函数重载的代码如下:

    public static char max(char x1,char x2){
        char max;
        if(a>b){
            max=a;
        }else{
            max=b;
        }
        return max;
    }

函数重载后,当调用函数时,会自动根据参数类型或参数个数来寻找适当的函数,寻找函数会有以下几点规则:

寻找适当函数的规则
1.看是否有确切的参数定义 int+int 查看是否有(int,int)
2.看是否有可兼容的参数定义 int+int 查看是否有(double,double)
3.如果可兼容的参数定义有多个int+int、(double,int)或(int,double)此时报错 引用不明确(这里未举例)

函数的递归调用

函数调用自身的操作称为递归,递归流程:当函数在执行时,函数体中有调用自身的函数存在时,会先调用自身,如果函数不弹栈,那么该调用会一直重复,就好比死循环一样。所以程序员需要让函数在一定条件下弹栈。

递归有三个过程:

前进段:指递的过程,调用自身,将大问题化小

结束段:问题已经化到最小,解决最小的问题

返回段:将最小问题解决完后,向着大问题返回

下面是递归调用的流程:

 

递归就是函数在进栈,递归的次数越多,内存占的越大,是无法避免的。

那么递归能解决哪些问题呢?

一般而言,循环能解决的问题用递归也能解决,但是递归能解决的问题循环不一定能解决。

递归是分治法的一种实现方式,分治法就是将一个大问题拆成一个个小问题求解,最后再将这些解合并。

下面用递归的方法来寻找斐波那契数列:

斐波那契数列:1 1 2 3 5 8 13 21……,除第1、2项外,其他项等于前两项的和。

寻找前20位斐波那契数列代码如下:

class Demo{
    public static void main(String[] args){
        for(int i=1;i<=20;i++){
            System.out.println(fbnq(i));
        }
    }
    public static int fbnq(int n){
        int temp;
        if(n==1|n==2){
            return 1;
        }else{
            return fbnq(n-1)+fbnq(n-2);
        }
    }
}

fbnq(n)是求出第n项的斐波那契数的一个函数,当n=1时为1,n=2时为1,当n=3时该函数会先调用自身得到第一、二项的值,然后才得出第三项……当n=20时如下:

求第20项先求第18、19项,

求19项先求17、18项,求18项先求16、17项

求17项先求15、16项,…………

…………求到第1、2项,然后返回给第3项,

2、3项返回给第4项,…………

直到返回到第20项。

 还有一个用递归解决的经典题就是汉诺塔(点击 ~~> 汉诺塔,即可阅读解析)