java se系列（四） 函数、数组、排序算法、二分法、二维数组

1 函数

1.1  数的概述

　　发现不断进行加法运算，为了提高代码的复用性，就把该功能独立封装成一段独立的小程序，当下次需要执行加法运算的时候，就可以直接调用这个段小程序即可，那么这种封装形形式的具体表现形式则称作函数。

　　练习：把两个整数相加：

public class FunctionDemo1{
    public static void main(String[] args){
        /*
        int a = 4+5;
        System.out.println("a="+a);
        int b = 3+9;
        System.out.println("b="+b);

      */
        add(4,5)
    }
    public static int add(int a, int b){
        return a+b;    
    }
}

1.2 函数的格式

修饰符 返回值类型 函数名(参数类型 形式参数1，参数类型 形式参数2，…) 
　　{
　　　　执行语句;
　　　　return 返回值;
　　}

　　返回值类型： 运行这段程序得出的一个运算结果，结果类型，如果函数没有返回值则用void来表示该函数没有返回值。

　　函数名：仅仅是一个标识符，可以随意起名字，但是必须符合命名规范。

　　形式参数：是一个变量，用于存储调用函数传递进来的实际参数。

　　实际参数：传递给形式参数的具体数值。

　　返回值:返回给调用者。

定义函数：

　　1：是否有未知内容参与运算

　　2：是否有运算结果（返回值）

案例：获取2个整数中的较大的数。

public static int getMax(int x, int y) {
        int result;
    if (x > y) {
        result= x;
    } else {
        result= y;
    }
        return  result;
}    

解析：getMax方法

　　该方法方法名为：getMax,方法的作用是获取找出两个整数中较大的值。该方法有两个int型参数，：x和y，方法返回两个数中较大的一个。

　　public static 是方法的修饰符

　　int 是方法的返回值类型

　　getMax 是方法的方法名

　　（int x,int y）是参数列表，x和y是形式参数。

　　{　} 花括号内的代码是方法体

　　return result; result 是返回值。

　　方法定义完成之后，如何调用一个方法？

函数调用：

　　想要使用方法，必须调用它。

public static void main(String[] args) {
        int max = getMax(5, 7);
       System.out.println(max);
}

解析：

　　在main方法中调用getMax()方法，5和7就是给该方法传递的实际参数。如果方法有返回值，可以定义一个变量接收返回值，变量类型和方法返回值类型一致。本例中通过int类型变量max接收了getMax方法的返回值。

　　完整程序：getMax(i, j); i和j就是实际参数。

public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        int i=5;
        int j=7;
        int max = getMax(i, j);
        System.out.println(i+"和"+j+"的最大值是："+max);
    }

    public static int getMax(int x, int y) {
        int result;
        if (x > y) {
            result= x;
        } else {
            result= y; 
        }
　　　　return  result;
    }
}

　　二：上述案例中调用getMax方法，并将结果赋值给了max变量。也可以直接打印getMax()方法的结果。

public class Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        int i=5;
        int j=7;
        //打印方法的结果
       System.out.println(getMax(i, j));
    }

    public static int getMax(int x, int y) {
        int result;
        if (x > y) {
            result= x;
        } else {
            result= y;
        }
　　　　return  result;
    }
}

注意：main方法是程序的入口，由虚拟机调用，方法和方法之间不能嵌套，方法之间通过调用来使用。

方法什么时候执行完毕：

　　当执行完return语句，或者执行到方法末尾的花括号时方法结束。

　　该类中包含了两个方法，main方法和getMax方法。main方法由java虚拟机调用，并且main方法的写法是固定的。Main方法可以调用其他方法。当调用getMax方法时，变量i的值传递给方法中的x，j的值传递给方法中的y，并开始执行getMax方法中的语句，执行return，并返回运算结果。getMax方法运行完毕。

1.3 函数的特点

　　1、定义函数可以将功能代码进行封装

　　2、便于对该功能进行复用

　　3、函数只有被调用才会被执行

　　4、函数的出现提高了代码的复用性

　　5、对于函数没有具体返回值的情况，返回值类型用关键字void表示，那么该函数中的return语句如果在最后一行可以省略不写。

注意：

　　函数中只能调用函数，不可以在函数内部定义函数。定义函数时，函数的结果应该返回给调用者，交由调用者处理。

 

函数的返回值void

　　需求：根据学生考试成绩划分ABCD   A90-100  B80-89 C70-79 D60-69 E0-59，建议成绩使用double。将该程序使用函数定义。

public static void main(String[] args) {
        printGrade(90);
        printGrade(59.5);
    }

    public static void printGrade(double score) {
        char grade;
        if (score >= 90.0)
            System.out.println("A");
        else if (score >= 80.0)
            System.out.println("B");
        else if (score >= 70.0)
            System.out.println("C");
        else if (score >= 60.0)
            System.out.println("D");
        else
            System.out.println("E");

    }

public static void main(String[] args) {
        getResult(5);
    }
    public static int  getResult(int x){ 
            System.out.println(return x*8);   
            //调用该函数会报错.缺少返回值.
    }
    /*
     * 该方法没有具体的返回值,那么返回值的类型 是不可以写int 了
     * 但是又和函数的格式不符合了,怎么解决？
     * 当函数运算后, 没有具体的返回值时,这时返回值类型用一个特殊的关键字做标志.
     * 该关键字就是void，void 表示没有具体的返回值类型. 
     * 当函数的返回值类型是void 时,函数中的return语句可以省略不写.
     */

注意:

　　函数中只能调用函数，不可以在函数内部定义函数。函数之间是平级的,相互之间是调用的关系.

　　错误写法：

public static void main(String[] args) {
        public static void getResult(int x) {
            System.out.println(x * 8);
            // 主函数，里边嵌套函数。错误！
        }
}

1.4 函数的应用

　　案例一：画矩形。

/*
    为了提高代码的复用性
    定义一个画矩形的函数
     1、确定函数的运算结果的数据类型，void
     2、确定没有未知参数。
*/
    public static void  draw(int width , int height){
        for(int i = 0 ; i< height ; i++){
            for(int j = 0 ; j < width ; j++){
                System.out.print("*");
            }
            System.out.println();
        }
    }

　　案例二：两个数字对比是否相等

/*
 1、确定函数的运算结果的数据类型，boolean
 2、确定没有未知参数。a,b
*/
    public static boolean  equlas(int a , int b){
        /**
        if(a==b){
            return true;
        }else{
            return false;
        }
        **/
        return a==b?true:false;
        
    }

　　案例三：比较两个数的大小

 /*
比较两个整数谁大.
*/
    public static int max(int a,int b)
    {
        /*
        if(a>b)
            return a;
        else
            return b;
        */

        return a>b?a:b;
    }

函数的使用注意事项：

1. 函数中只能调用函数，不能定义函数，没有定义函数之前，不能调用函数。
2. 输出语句只能对有具体返回结果的函数的进行打印。
3. 返回值类型是void的函数，是不可以被输出语句打印的。
4. 函数需要实现功能，那么函数只实现所需功能即可，不要实现不需要的功能。

1.5 函数的重载

　　1、函数重载的定义：在同一个类中，有一个以上的同名函数，只要函数的参数列表或参数类型不一样即可，与返回值无关， 这些统称为方法的重载。

　　2、函数的重载存在的原因：为了增强方法的阅读性，优化了程序设计。

　　案例1：九九乘法表

private static void print99() {
        for(int i = 1 ; i<= 9 ; i ++){
            for(int j = 1 ; j<=i ; j++){
                System.out.print(i+"*"+j+"="+(i*j)+" ");
            }
            System.out.println();
        }
    }

    private static void print99(int num) {
        for(int i = 1 ; i<= num ; i ++){
            for(int j = 1 ; j<=i ; j++){
                System.out.print(i+"*"+j+"="+(i*j)+" ");
            }
            System.out.println();
        }
}

　　练习：判断那个方法是重载

void show(int x, char y, double z){}       // false
void show(int a, double c, char b){}      //  true
int  show(int a, double c, char b){}      //  true
void show(int a, char b){}    // true
void show(double c){}   // true
double show(int x, char y, double z){}  //  false

2 数组

概念

　　同一种类型数据的集合。其实数组就是一个容器。

数组的好处

　　可以自动给数组中的元素从0开始编号，方便操作这些元素。

格式1：

　　元素类型[] 数组名 = new 元素类型[元素个数或数组长度];

　　示例：int[] arr = new int[5];

格式2：

　　元素类型[] 数组名 = new 元素类型[]{元素，元素，……};

　　int[] arr = new int[]{3,5,1,7};

　　int[] arr =  {3,5,1,7};

　　如果需要存储大量的数据，例如需要读取100个数，那么就需要定义100个变量，显然重复写100次代码，是没有太大意义的。如何解决这个问题，Java语言提供了数组（array）的这样一个数据结构。数组是一个容器,可以存储相同数据类型的元素，可以将100个数存储到数组中。

1 数组的概念

    同一种类型数据的集合。其实数组就是一个容器。运算的时候有很多数据参与运算,那么首先需要做的是什么.不是如何运算而是如何保存这些数据以便于后期的运算，那么数组就是一种用于存储数据的方式，能存数据的地方我们称之为容器，容器里装的东西就是数组的元素, 数组可以装任意类型的数据，虽然可以装任意类型的数据,但是定义好的数组只能装一种元素， 也就是数组一旦定义，那么里边存储的数据类型也就确定了。

2 数组的好处

    存数据和不存数据有什么区别吗？数组的最大好处就是能都给存储进来的元素自动进行编号. 注意编号是从0开始，方便操作这些数据。

例如 学生的编号，使用学号就可以找到对应的学生。

3 数组的格式

     元素类型[] 数组名 = new 元素类型[元素个数或数组长度];

示例：int[] arr = new int[5];

1 声明数组变量

　　为了使用数组必须在程序中声明数组，并指定数组的元素类型

=左半部分：

    先写左边明确了元素类型 是int ，容器使用数组，那么如何来标识数组？那么用一个特殊的符号[]中括号来表示。想要使用数组是需要给数组起一个名字的,那么我们在这里给这个数组起名字为x ，接着跟上等号。

代码体现：  int [] x

注意：int x[] 也是一种创建数组的格式。推荐使用int [] x 的形式声明数组。

2 创建数组

=右半部分：

　　要使用一个新的关键字，叫做new。new 用来在内存中产生一个容器实体，数据要存储是需要有空间的，存储很多数据的空间用new 操作符来开辟，new int[3]; 这个3是元素的个数。右边这部分就是在内存中定义了一个真实存在的数组，能存储3个元素。

new int[3] 做了两件事情，首先使用new int[3] 创建了一个数组，然后把这个数组的引用赋值给数组变量x。

int [] x=new int[3];

x 是什么类型？

　　任何一个变量都得有自己的数据类型。注意这个x 不是int 类型的 。int 代表的是容器里边元素的类型。那么x 是数组类型的。

　　数组是一种单独的数据类型。数据类型分为2大派，分为基本数据类型和引用数据类型。那么大家现在已经接触到了引用数据类型三种当中的一种。就是数组类型， [] 中括号就代表数组。

4 int[] arr = new int[5];在内存中发生了什么？

　　内存任何一个程序,运行的时候都需要在内存中开辟空间.int[] arr = new int[5]; 这个程序在内存中是什么样?这就涉及到了java虚拟机在执行程序时所开辟的空间,那么java开辟启动了多少空间呢？继续学习java的内存结构。

　　数组的定义

格式1：

元素类型[] 数组名 = new 元素类型[元素个数或数组长度];

示例：int[] arr = new int[5];

格式2：

元素类型[] 数组名 = new 元素类型[]{元素，元素，……};

int[] arr = new int[]{3,5,1,7};

int[] arr = {3,5,1,7};

　　

　　注意：①给数组分配空间时，必须指定数组能够存储的元素个数来确定数组大小。

　　　　 ②创建数组之后不能修改数组的大小。

　　　　 ③可以使用length 属性获取数组的大小。

 

数组初始化

　　数组的格式：

int[] x = new int[3];

x[0] = 1;

x[1] = 2;

　　另一种定义：该形式可以直接明确数组的长度,以及数组中元素的内容

int[] x = { 1, 2, 3 };

3 int[] x=new int[]{1,2,3};

//初始化方式1：不使用运算符new
int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] arr2 = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

//初始化方式2：        
int[] arr3=new int[3];
arr3[0]=1;
arr3[1]=5;
arr3[2]=6;

　　如果数组初始化中不使用运算符new，需要注意，下列写法是错误的：

1 int[] arr;
2 
3 arr={1,2,3,4,5};

　　此时初始化数组，必须将声明，创建，初始化都放在一条语句中个，分开会产生语法错误。所以只能如下写：

int[] arr={1,2,3,4,5};

数组遍历

public static void main(String[] args) {
        int[] x = { 1, 2, 3 };
        for (int y = 0; y < 3; y++) {
            System.out.println(x[y]);
            // System.out.println("x["+y+"]="+x[y]); 打印效果 x[0]=1;
        } // 那么这就是数组的第一个常见操作.遍历
    }

　　数组中有一个属性可以获取到数组中元素的个数,也就是数组的长度. 数组名.length

public static void main(String[] args) {
        int[] x = { 1, 2, 3 };
        for (int y = 0; y < x.length; y++) {
            System.out.println(x[y]);
            // System.out.println("x["+y+"]="+x[y]); 打印效果 x[0]=1;
        } // 那么这就是数组的第一个常见操作.遍历
}

数组的常见异常

1）数组角标越界异常:

　　注意：数组的角标从0开始。

public static void main(String[] args) {

    int[] x = { 1, 2, 3 };
    System.out.println(x[3]);//数组角标越界
    //java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

}

2） 空指针异常:

public static void main(String[] args) {

    int[] x = { 1, 2, 3 };
    x = null;
    System.out.println(x[1]);   // java.lang.NullPointerException
}

什么时候使用数组:当元素较多时为了方便操作这些数组,会先进行临时存储，存储所使用的容器就是数组。

特点:数组长度固定。

数组的内存分析

　　案例分析一：

　　 

　　案例分析二：

 　　

数组的常见操作

　　6.1案例一个数组取出最大值

/*定义一个获取最大值的功能:

　　1、确定结果 ：返回值类型 int

　　2、未知内容：要获取哪个数组的最大值没有确定，则是数组没有确定

思路：

　　1、定义一个变量，记录住数组的比较大的元素。

　　2、遍历整个数组，让数组的每一个元素都和该变量进行对比即可。

　　3、当变量遇到比它大的元素，则让该变量记录该元素的值，当循环结束时，最大 值产生了

*/

package com.hjh.day20181113;

public class GetArraryMax {

    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = {12,11,34,25,76,58,99,33,56};
        int max = arr[0];
        
        for(int i=1;i<arr.length;i++) {
            if(max<arr[i]) {
                max = arr[i];
            }
        }
        
        System.out.println(max);
    }

}

6.2 直接排序

案例二：使用直接排序对数组进行排序：

/*

选择排序。

以一个角标的元素和其他元素进行比较。

在内循环第一次结束，最值出现的头角标位置上。

*/

package com.hjh.day20181113;

public class SelectSort {

    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = {12,23,43,14,56,47,57,88,95,46,38,11};
        forArray(arr);
        selectsort(arr);
        forArray(arr);

    }

    //遍历数组
    private static void forArray(int[] arr) {
        for(int x=0;x<arr.length;x++) {
            System.out.print(arr[x]+"  ");
        }
        System.out.println();//起换行作用
        
    }

    //选择排序
    private static void selectsort(int[] arr) {
        for(int i=0;i<arr.length-1;i++) {
            for(int j=i+1;j<arr.length;j++) {//为什么j的初始化值是 i+1？ 因为每一次比较，都用i角标上的元素和下一个元素进 行比较。
                if(arr[i]>arr[j]) {
                    int temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[j];
                    arr[j] = temp;
                }
            }
        }
        
    }
    
}
/*输出结果如下：
12  23  43  14  56  47  57  88  95  46  38  11  
11  12  14  23  38  43  46  47  56  57  88  95  
*/

6.3 冒泡排序

案例三：冒泡排序

/*

冒泡排序。

　　比较方式：相邻两个元素进行比较。如果满足条件就进行位置置换。

　　原理：内循环结束一次，最值出现在尾角标位置。

*/

package com.hjh.day20181113;

public class BubbleSort {

    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = {21,42,24,35,33,67,89,99,45,76,23,10};
        forArray(arr);
        bubbleSort(arr);
        forArray(arr);

    }
    
    //冒泡排序
    private static void bubbleSort(int[] arr) {
        for(int x=0;x<arr.length-1;x++) {
            for(int y=0;y<arr.length-x-1;y++) {//-x:让每次参与比较的元减。-1:避免角标越界。
                if(arr[y]>arr[y+1]) {
                    int temp = arr[y];
                    arr[y] = arr[y+1];
                    arr[y+1] = temp;
                }
            }
        }
        
    }

    //遍历数组
        private static void forArray(int[] arr) {
            for(int x=0;x<arr.length;x++) {
                System.out.print(arr[x]+"  ");
            }
            System.out.println();//起换行作用
            
        }
}
/*
21  42  24  35  33  67  89  99  45  76  23  10  
10  21  23  24  33  35  42  45  67  76  89  99  
*/

6.4 折半查找(二分法)

案例四：

/*为了提高查找效率，可使用折半查找的方式，注意：这种查找只对有序的数组有效。这种方式也成为二分查找法。*/

package com.hjh.day20181113;

public class HalfSeach {

    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = new int []{34,12,45,67,43,88,54,76,21,99,63};
        int num = halfSeach(arr,15);
        System.out.println(num);

    }

    private static int halfSeach(int[] arr, int key) {
        int min = 0;
        int max = arr.length-1;
        int mid = (min+max)/2;
        
        while(key!=arr[mid]) {
            
            if(key>arr[mid]) {
                min = mid+1;
            }else if(key<arr[mid]) {
                max = mid-1;
            }
            
            if(min>max) {
                return -1;
            }
            
            mid  = (max+min)/2;
            
        }
        
        return key;    
    }

}

案例五：数组翻转

/*反转其实就是头角标和尾角标的元素进行位置的置换，然后在让头角标自增。尾角标自减。当头角标<尾角标时，可以进行置换的动作。*/

package com.hjh.day20181113;

public class ReverseArray {

    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
        forArray(arr);
        reverseArray(arr);
        forArray(arr);
    }

    //数组翻转
    private static void reverseArray(int[] arr) {
        for(int start=0,end=arr.length-1;start<end;start++,end--) {
            int temp = arr[start];
            arr[start] = arr[end];
            arr[end] = temp;
        }
        
    }

        //遍历数组
        private static void forArray(int[] arr) {
            for(int x=0;x<arr.length;x++) {
                System.out.print(arr[x]+"  ");
            }
            System.out.println();//起换行作用          
        }

}

3 二维数组

Arrays的使用

遍历： toString()    将数组的元素以字符串的形式返回

排序： sort()        将数组按照升序排列

查找： binarySearch()在指定数组中查找指定元素，返回元素的索引，如果没有找到返回（-插入点-1） 注意：使用查找的功能的时候，数组一定要先排序。

package com.hjh.day20181113;

import java.util.Arrays;

public class ArraysTest {

    public static void main(String[] args) {
        int [] arr = {12,23,43,14,56,47,57,88,95,46,38,11};
        //Arrays.toString(arr);//将数组的元素以字符串的形式返回
        Arrays.sort(arr);//将数组按照升序排列
        forArray(arr);
        
        //binarySearch()在指定数组中查找指定元素，返回元素的索引，如果没有找到返回（-插入点-1） 注意：使用查找的功能的时候，数组一定要先排序。
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arr, 44));
    }
    
    //遍历数组
        private static void forArray(int[] arr) {
            for(int x=0;x<arr.length;x++) {
                System.out.print(arr[x]+"  ");
            }
            System.out.println();//起换行作用            
        }
}

二维数组：实质就是存储是一维数组。

数组定义：

     数组类型[][] 数组名 = new 数组类型[多少个一维数组][每个一维数组存储几个元素];

 　　

疑问： 为什么a.length = 3, a[0].length = 4?

　　

数组的初始化：

　　静态初始化: int [][] a = new int[][]{ {12,34,45,89},{34,56,78,10},{1,3,6,4} };

　　动态初始化：

　　

二维数组常见的操作:

1. 遍历二维数组
2. 对二维数组求和

package com.hjh.day20181113;

class Array2{
    
    // 定义一个遍历二维数组的功能函数
    public static void printArr2( int [][] a ){

   // 1. 拆开二维数组
   for ( int i = 0 ; i < a.length ; i++ ){
       // 2. 拆开一维数组获取数据
       for ( int j = 0 ; j < a[i].length ; j++ ){
           System.out.print( a[i][j]+" ," );
       }
   }
 
}

    // 定义一个函数计算二维数组中的元素的累加和
    public static long getSum( int [][] a ){
        // 0. 定义一个结果变量
        long sum = 0L;

        // 1. 拆开二维数组
        for ( int i = 0 ; i < a.length ; i++ ){
            // 2. 拆开一维数组获取数据
            for ( int j = 0 ; j < a[i].length ; j++ ){
                sum+=a[i][j];
            }
        }

        return sum;
    }

    // 统计二维数组中元素的个数
    public static int getDataCount( int [][] a ){

        // 0. 记录元素个数
        int  count = 0;

        // 1. 拆开二维数组
        for ( int i = 0 ; i < a.length ; i++ ){
            // 2. 拆开一维数组获取数据
            for ( int j = 0 ; j < a[i].length ; j++ ){
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

    
    public static void main(String[] args){

        int [][] a = new int[][]{ {23,4,5},{2},{4,5,78,56,90} };

        printArr2( a );

        System.out.println();

        System.out.println("累加和是： "+getSum( a ) );

        System.out.println("统计元素个数： "+getDataCount( a ) );

        System.out.println("Hello World!");
  }

}