Java中的函数——基础知识与应用技巧
一、定义与调用函数
1. 函数的定义
函数是一段封装好的代码，用于实现特定的功能。可以把函数看作是一个小型的独立程序，它可以接受输入，执行指定的操作并返回输出结果。
Java函数的定义格式如下：
[修饰符] 返回类型 方法名(形参列表) {
//函数体
return 返回值;
}
其中，修饰符、返回类型、形参列表和返回值可以根据实际需要进行调整。
例如，下面是一个求两数之和的函数：
public static int add(int x, int y) {
int result = x + y;
return result;
}
这个函数的修饰符为 public static，返回类型为 int，方法名为 add，形参列表中包含两个 int 类型的参数 x 和 y，返回值为两个数之和。
2. 函数的调用
要调用一个函数，需要使用它的方法名和实参列表。例如，调用上面的 add 函数可以使用以下代码：
int a = 3, b = 4;
int sum = add(a, b);
System.out.println(sum);
这个程序会输出 7，即 3 和 4 的和。
二、函数的参数传递
Java函数的参数传递有两种方式：值传递和引用传递。
1. 值传递
值传递是指将实参的值复制给形参，形参在函数内部修改不会影响实参的值。
例如，下面的函数实现了将两个数交换的功能：
public static void swap(int x, int y) {
int temp = x;
x = y;
y = temp;
}
这个函数交换了形参 x 和 y 的值，但不会影响传递给函数的实参。
2. 引用传递
引用传递是指将实参的引用（内存地址）复制给形参，形参和实参指向同一块内存地址，形参在函数内部的修改会影响实参的值。
例如，下面的函数实现了将两个数组合并的功能：
public static void merge(int[] a, int[] b) {
int[] temp = new int[a.length + b.length];
int i = 0, j = 0, k = 0;
while (i < a.length && j < b.length) {
if (a[i] < b[j]) {
temp[k++] = a[i++];
} else {
temp[k++] = b[j++];
}
}
while (i < a.length) {
temp[k++] = a[i++];
}
while (j < b.length) {
temp[k++] = b[j++];
}
for (i = 0; i < temp.length; i++) {
a[i] = temp[i];
}
}
这个函数将两个数组 a 和 b 合并为一个有序的数组，结果保存在数组 a 中。函数内部对数组 a 的修改会影响传递给函数的实参。
三、函数的递归
递归是指函数自己调用自己。递归函数可以简化问题的解决过程，但需要注意避免无限循环的情况。
递归函数的实现通常包括两部分：基本情况和递推关系。
1. 基本情况
基本情况是指可以直接得到结果的情况，通常是函数参数的一些特殊取值。
例如，下面的函数实现了求 n 的阶乘的功能：
public static int factorial(int n) {
if (n == 0) {
return 1;
} else {
return n * factorial(n - 1);
}
}
这个函数通过递归实现了求 n 的阶乘的功能。当 n == 0 时，递归结束，直接返回结果 1。
2. 递推关系
递推关系是指用递归公式表示原问题与子问题之间的关系。
例如，下面的函数实现了求 n 个台阶走法的功能：
public static int climbStairs(int n) {
if (n == 1) {
return 1;
} else if (n == 2) {
return 2;
} else {
return climbStairs(n - 1) + climbStairs(n - 2);
}
}
这个函数通过递归实现了求 n 个台阶走法的功能。其中，当 n == 1 或 n == 2 时，递归结束，直接返回结果；否则，递归求解子问题，并用递推公式计算原问题的解。
四、函数的重载
函数的重载是指在同一个类中定义多个同名但参数不同的函数。函数的重载能提高代码的可读性、灵活性和重用性。
Java函数的重载需要满足以下条件：
- 函数名相同；
- 参数个数不同，或参数类型不同，或参数顺序不同。
例如，下面的程序中，定义了三个同名但参数不同的函数：
public static int add(int x, int y) {
return x + y;
}
public static double add(double x, double y) {
return x + y;
}
public static String add(String x, String y) {
return x + y;
}
这三个函数分别实现了两个数相加、两个浮点数相加和两个字符串相加的功能，使用起来非常灵活。
可以根据需要在一个类中定义多个同名但参数不同的函数，并且它们之间不会相互影响。
五、函数的返回值
函数的返回值可以是任意数据类型，根据实际需要进行选择。
当返回值为 void 时，函数不返回任何值。
例如，下面的函数用于输出任意数量的参数：
public static void printArgs(Object... args) {
for (Object obj : args) {
System.out.print(obj + " ");
}
System.out.println();
}
这个函数的返回值为 void，不返回任何值。
当返回值为其他数据类型时，函数必须使用 return 语句返回一个值。
例如，下面的函数实现了求平方根的功能：
public static double sqrt(double x) {
return Math.sqrt(x);
}
这个函数的返回值为 double 类型，使用了 Math 类中的 sqrt() 方法计算平方根，并通过 return 语句返回结果。
六、函数的局部变量和全局变量
函数中的变量分为局部变量和全局变量两种。局部变量是在函数内部定义的变量，只在函数内部可见，函数外部无法访问。全局变量是在函数外部定义的变量，可以在所有函数中访问。
局部变量的特点：
- 它们只在定义它们的函数中可见；
- 它们只在定义它们的函数被调用时存在；
- 它们通常在函数内部定义，需要在函数内部初始化。
全局变量的特点：
- 它们在整个程序中都可见；
- 它们在程序开始执行时创建，在程序结束时销毁；
- 它们可以在任何函数中访问。
例如，下面的代码演示了局部变量和全局变量的使用方法：
public static int global = 0; //定义全局变量
public static void test() {
int local = 10; //定义局部变量
global++; //访问全局变量并修改值
System.out.println("Local variable: " + local);
System.out.println("Global variable: " + global);
}
public static void main(String[] args) {
test();
test();
}
这个程序定义了一个全局变量 global 和一个测试函数 test()，该函数定义了一个局部变量 local，并在内部访问了全局变量和局部变量，并输出了它们的值。程序输出结果如下：
Local variable: 10
Global variable: