方法的使用以及递归的介绍

1. 为什么要使用方法

在编程中也是一样，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：

1. 使程序变得繁琐
2. 开发效率低下，做了大量重复性的工作
3. 不利于维护，需要改动时，所有用到该段代码的位置都需要修改
4. 不利于复用

因此，在编程中，我们也可以将频繁使用的代码封装成方法，需要时直接拿来链接(即方法名–方法的入口地址)使用即可，避免了一遍一遍的累赘。

2. 方法概念及使用

2.1 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):

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.

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];
}

代码示例：实现一个函数，检测一个年份是否为闰年

// 方法定义
    public static boolean isLeapYear(int year){
 		if((0 == year % 4 && 0 != year % 100) || 0 == year % 400){
   			return true;
	 	}else{
	   		return false;
		}
	 }

【注意事项】

1. 修饰符：现阶段直接使用public static 固定搭配
2. 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
3. 方法名字：采用小驼峰命名
4. 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
5. 方法体：方法内部要执行的语句
6. 在java当中，方法必须写在类当中
7. 在java当中，方法不能嵌套定义
8. 在java当中，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

【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.

代码示例: 计算 1! + 2! + 3! + 4! + 5!

public static void main(String[] args) {
	 int sum = 0;
	 for (int i = 1; i <= 5; i++) {
		 sum += fac(i);
	 }
	 System.out.println("sum = " + sum);
 }
 
 public static int fac(int n) {
	 int result = 1;
	 for (int i = 1; i <= n; i++) {
		 result *= i;
	 }
	 return result;
 }
// 执行结果
sum = 153

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，比如：1 + 2 + 3 + … + n的和为sum(n) 。
Java中方法的形参就相当于sum函数中的自变量n，用来接收sum函数在调用时传递的值的。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。

代码示例：求1 + 2 + 3 + … + n的和

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

代码示例: 交换两个整型变量

public class TestMethod {
 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);
 }
}
 
// 运行结果
swap: x = 20 y = 10
main: a = 10 b = 20

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。

【原因分析】
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操作不会对实参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

【解决办法】: 传引用类型参数 (例如数组来解决这个问题)

public class TestMethod {
	 public static void main(String[] args) {
		 int[] arr = {10, 20};
		 swap(arr);
		 System.out.println("arr[0] = " + arr[0] + " arr[1] = " + arr[1]);
	 }
 
	 public static void swap(int[] arr) {
		 int tmp = arr[0];
		 arr[0] = arr[1];
		 arr[1] = tmp;
	 }
}
 
// 运行结果
arr[0] = 20 arr[1] = 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，没有时返回值类型必须写成void

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); 
	 } 
}

2. 方法重载

2.1 为什么需要方法重载

public class TestMethod {
	 public static void main(String[] args) { 
		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.那怎么解决呢？

2.2 方法重载概念

在自然语言中，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。

public class TestMethod {
 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;
 }
}

注意：

1. 方法名必须相同
2. 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)
3. 与返回值类型是否相同无关

// 注意：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
public class TestMethod {  
		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

4. 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+参数列表+返回值类型，构成方法完整的名字。

    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        System.out.println(add(a, b));

        int c = 9;
        System.out.println(add(a,b,c));

        double d = 15.3;
        double e = 14.0;
        System.out.println(add(d, e));
    }

    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public static int add(int a, int b, int c) {
        return a + b + c;
    }
    
    public static double add(double a, double b) {//方法重载
        return a + b;
    }

上述代码经过编译之后，然后使用JDK自带的javap反汇编工具查看，具体操作：

1. 先对工程进行编译生成.class字节码文件
2. 在控制台中进入到要查看的.class所在的目录
3. 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 为什么使用递归

有些时候，我们遇到的问题直接并不好解决，但是发现将原问题拆分成其子问题之后，子问题与原问题有相同的解法，等子问题解决之后，原问题就迎刃而解了。

3.2 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)!

递归的必要条件：

1. 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
2. 递归出口

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

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

执行过程图

程序按照序号中标识的 (1) -> (8) 的顺序执行.

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.