java函数

本文为书籍《Java编程的逻辑》¹和《剑指Java：核心原理与应用实践》²阅读笔记

在编写代码过程中，如果需要经常做某一种操作，则类似的代码需要重复写很多遍。比如在一个数组中查找某个数，第一次查找一个数，第二次可能查找另一个数，每查一个数，类似的代码都需要重写一遍，很啰嗦。另外，有一些复杂的操作，可能分为很多个步骤，如果都放在一起，则代码难以理解和维护。计算机程序使用函数这个概念来解决这个问题，即使用函数来减少重复代码和分解复杂操作。

1.1 什么是函数

在数学中，我们都学过函数的概念，其基本格式是：$y=f(x)$，表示，对于任一$x$值都有唯一的$y$值与之对应。编程中函数与数学中的函数相似，也由输入、操作和输出组成，但它表示的是一段程序代码，这段程序代码有一个名字，表示它的目的（类比$f$），有零个或多个参数（类比$x$），有可能返回一个结果（类比$y$​）。我们来看两个简单的例子：

public static int sum(int a, int b){int sum = a + b;return sum;
}
public static void print3Lines(){for(int i=0; i<3; i++){System.out.println();}
}

第一个函数的名字叫做sum，它的目的是对输入的两个数求和，有两个输入参数，分别是int整数a和b，它的操作体是对两个数求和，求和结果放在变量sum中（这个sum和函数名字的sum没有任何关系），然后使用return语句将结果返回，最开始的public static是函数的修饰符。第二个函数的名字叫做print3Lines，它的目的是在屏幕上输出三个空行，它没有输入参数，操作是使用一个循环输出三个空行，它也没有返回值。

通过上面代码结构，总结出函数的基本语法结构：

修饰符 返回值类型  函数名字(参数类型 参数名字，…) {操作return返回值；
}

1. 函数名字：名字是不可或缺的，表示函数的功能。
2. 返回值类型：声明函数返回值数据类型，如果没有返回值则为void。
3. 参数：参数有$0$个到多个，每个参数由参数的数据类型和参数名字组成。
4. 操作：函数的具体操作代码。
5. 返回值：函数可以没有返回值，如果没有返回值则类型写成void，如果有则在函数代码中必须使用return语句返回一个值，这个值的类型需要和声明的返回值类型一致。
6. 修饰符：Java中函数有很多修饰符，分别表示不同的目的，上面使用的修饰符为public static。

上面是函数定义的语法，在函数定义完后，还需要调用函数，函数才能被执行被调用。

java中明确规定，任何函数都需要放在一个类中，类暂时还没有介绍，暂时把类当作是存放函数的容器。一个类中可以有多个函数，类里面可以定义一个特殊的方法，叫做main的函数，这个函数有特殊的含义，表示程序的入口，String[] args表示从控制台接收到的参数，可以暂时忽略它。Java中运行一个程序的时候，需要指定一个定义了main函数的类，Java会寻找main函数，并从main函数开始执行。

public static void main(String[] args) {…
}

1.2 进一步理解函数

1.2.1 参数传递

1、数组

基本类型和数组都能作为函数传递给函数，但是数组类型和基本类型不一样的是，基本类型传递的是值而数组传递的是地址，所以，基本类型不会对调用者中的变量造成任何影响，但数组不是，在函数内修改数组中的元素会修改调用者中的数组内容。比如下面代码：

public static void reset(int[] arr){for(int i=0; i<arr.length; i++){arr[i] = i;}
}
public static void main(String[] args) {int[] arr = {10,20,30,40};reset(arr);for(int i=0; i<arr.length; i++){System.out.println(arr[i]);}
}

在main函数中，调用reset函数后，reset修改了数组保存的值，但是函数参数中的数组变量arr和main函数中的数组变量arr存储的都是相同的位置，而数组内容本身只有一份数据，所以，在reset中修改数组元素内容和在main中修改是完全一样的。

2、可变长度参数

前面介绍的函数参数的个数都是固定的，有时函数也需要接收可变长度参数。比如一个求最大值函数，调用事先并不知道需要计算的数据有多少，有可能两个或者多个。java支持可变长度的参数。

public static int max(int min, int ... a){int max = min;for(int i=0; i<a.length; i++){if(max<a[i]){max = a[i];}}return max;
}
public static void main(String[] args) {System.out.println(max(0));System.out.println(max(0,2));System.out.println(max(0,2,4));System.out.println(max(0,2,4,5));
}

max函数接受一个最小值，以及可变长度的若干参数，返回其中的最大值。可变长度参数的语法是在数据类型后面加三个点... ，在函数内，可变长度参数可以看作是数组。可变长度参数必须是参数列表中的最后一个，一个函数也只能有一个可变长度的参数。可变长度参数实际上会转换为数组参数，也就是说，函数声明max(int min, int...a)实际上会转换为max(int min, int[] a)，在main函数调用max(0,2,4,5)的时候，实际上会转换为调用max(0, new int[]{2,4,5})，使用可变长度参数主要是简化了代码书写。

1.2.2 理解返回

return的含义是显示结束函数执行，并返回结果（如果函数返回值类型定义为void时，返回null）。函数返回值类型为void时，return不是必需的，在没有return的情况下，会执行到函数结尾自动返回。return用于显式结束函数执行，返回调用方。return可以用于函数内的任意地方，可以在函数结尾，也可以在中间，可以在if语句内，可以在for循环内，一旦运行return语句，函数立马结束执行，返回调用方。函数返回值类型为void，可以使用不带返回值，即return;，其实和return null;是等价的，含义是返回调用方，只是没有返回值而已。函数的返回值最多只能有一个，那如果实际情况需要多个返回值呢？比如，计算一个整数数组中的最大的前三个数，需要返回三个结果。这个可以用数组作为返回值，在函数内创建一个包含三个元素的数组，然后将前三个结果赋给对应的数组元素。如果实际情况需要的返回值是一种复合结果呢？比如，查找一个字符数组中所有重复出现的字符以及重复出现的次数。这个可以用对象作为返回值。

---

1. 马俊昌.Java编程的逻辑[M].北京:机械工业出版社,2018. ↩︎

2. 尚硅谷教育.剑指Java：核心原理与应用实践[M].北京:电子工业出版社,2023. ↩︎