Java的函数一一方法(含汉诺塔问题)

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文章目录

  • 方法的概念
  • 方法的重载
    • 方法签名
  • 递归
    • 例题:汉诺塔问题

方法的概念

Java的方法和C语言的函数差不多,这里只讲一些有区别的地方。我们以一个简单的求和函数为例:

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

①首先public static是修饰符,现阶段直接使用 public static 固定搭配。
②然后是参数列表,如果方法没有参数,那么()里面什么都不用写。
③方法必须写在类当中,也就是说你不能在类外面凭空定义一个方法。
④方法不能嵌套定义,一个方法里面不能再定义另外一个方法。

有一点要单独拿出来说:⑤在java当中,没有方法声明这一说。方法是不用声明的。
C语言编译代码时是自上向下编译的,如果你在上面写了A函数,下面写了B函数,那A是不认识B的,你要在A函数中调用B函数,就得进行声明;
而Java编译是看全局的,还是上面那个例子,在Java当中A是认识B的,所以这回你不用声明,直接调用B。

方法的重载

有这样的一个情境:

你写了一个求两个整数之和的方法,但如果你想求三个数的和、四个数的和…乃至n个数之和,甚至你要求n个浮点数之和,那岂不是每一次都要重新写一个方法?!麻烦死了!
所以方法重载应运而生。

所谓的重载,简单理解就是“一词多义”:比如“好人”一词,可以指一个人品行端正良好,而当下互联网中衍生出的“好人卡”一词中的好人则是另外一个意思。(懂的都懂,希望你们不会被发好人卡)
所以当我们把“一词多义”代入到Java的语境之中,就是指方法名相同,但是参数列表不同。
参数列表指的是参数的个数、参数的类型、类型的次序,在方法名相同的情况下,这三个只要有一个不同,那么这个方法就会被重载了。
不知道你有没有发现,参数列表是不包括返回值类型的,这是一个要注意的点: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。(你这样写的话编译器会报错的。)

方法签名

看到这里你肯定会有疑问: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?

这就与方法签名有关了,方法签名即:经过编译器编译修改过之后方法最终的名字。它的具体方式为:方法全路径名+参数列表+返回值类型,构成方法完整的名字。方法名并不是我们表面所看到的“add”。
有这样的一段代码:

public class TestMethod {
	public static int add(int x, int y){
		return x + y;
	}
	public static double add(double x, double y){
		return x + y;
	}
	public static void main(String[] args) {
		add(1,2);
		add(1.5, 2.5);
	}
}

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,具体操作如下:

  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
    Java的函数一一方法(含汉诺塔问题)_第1张图片
    注:D指的就是double,I就是int。

递归

假如当下有一个问题,我们可以把它拆成一个小的问题,而这个小的问题又可以拆成更小的问题,并且这些问题的解决办法相同,那我们就可以使用递归,它类似数学中的数学归纳法,你想一下,数学归纳法需要你找到某个规律,然后证明第一项符合这个规律和每项之间的递推关系,这个递推关系指的是假如第k项成立,你就可以推出第(k+1)项也成立,上述这两个条件成立的话,那你就可以推出第一项到第n项都符合这个规律。而递归要你找到从第n项往前推的方法。
所以,递归的出口其实是数学归纳法的起始(第一项)。

在递归之中,方法的调用是需要开辟内存的,而当它调用结束后,这块内存就销毁了。而如果一直调用但是不“归”,会导致栈溢出,因此递归需要有一个出口,

例题:汉诺塔问题

首先我们来分析一下四个盘子的情况

Java的函数一一方法(含汉诺塔问题)_第2张图片
首先把最上面盘子放到B柱,第二个盘子放在C柱;

Java的函数一一方法(含汉诺塔问题)_第3张图片
然后把第一个盘子放到第二个盘子上面,再把第三个盘子放到B柱;

Java的函数一一方法(含汉诺塔问题)_第4张图片
再把第一个盘子先放A柱(第四个盘子上面),然后第二个放第三个上面,再将第一个放第二个上面,得到上图。
接着将第四个放C柱

最开始n个盘子在A柱,那我就得先把上面的(n-1)个盘子移到B,这个移动过程我们得借助C才能移到B。移好之后就得考虑把(n-1)个盘子移到C,那我们继续拆分问题,就是把上面的(n-2)个盘子先借助C移动到A,这样B柱就只剩下一个盘子,把它移动到C就ok了。
现在剩下(n-2)个盘子在A柱,仿照上面的思路,先把(n-3)个盘子借助C移到B,再把A柱剩下的一个盘子拿到C,剩下(n-3)个盘子重复上面的做法。
至此,你应该找到递归的感觉吧?那接下来开始写代码。

首先来写一个方法,它用来记录每次移动一个盘子的轨迹(把这个盘子从哪移到哪,就是下面的pos1和pos2)

   public static void move(char pos1,char pos2) {
       System.out.print(pos1 + "->" + pos2 + ' ');  //打印移动途径
   }

接着我们来写移动盘子的方法,它应该有四个参数:盘子数,移动前所处的柱子,移动时要借助的柱子(称为中转柱),要移动到的柱子。

   public static void hanio(int n,char pos1,char pos2,char pos3) {
       if(n == 1) {
           move(pos1,pos3);   //只有一个盘子时就直接移到C柱
           return;
       }
       else {
           hanio(n-1,pos1,pos3,pos2);
           move(pos1,pos2);
           hanio(n-1,pos2,pos1,pos3);
       }
   }

我们将A、B、C分别记为pos1,pos2,pos3(注意与上面函数的pos1,pos2,pos3作区分),然后来写下main函数:

    public static void main(String[] args) {
        char pos1 = 'A',pos2 = 'B',pos3 = 'C';
        hanio(5,pos1,pos2,pos3);
    }

这里我们来试下四个盘子时的移动情况
Java的函数一一方法(含汉诺塔问题)_第5张图片

那么在解决了这个问题之后,我们来思考一下从中学到了什么,或者说对递归有无更深的理解。

递归采用的就是“大事化小”的思路,比如上面我们要移动n个盘子,那么就把这个问题转化为移动(n-1)+1 个盘子,而移动(n-1)个盘子又可以转化为移动(n-2)+1个盘子。
这道题的难点在于,它表面要你把最底下的盘子移过去,但实际上你要关注的是它上面的(n-1)个盘子,然后你要知道这(n-1)个盘子每一次移动的方法都是“借助C柱,在A和B之间来回移动”,假如某次移动后(n-1)个盘子在A,那原先最底下那个盘子就在B,此时直接把它拿到C就ok了

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