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函數
前面幾節我們介紹了數據的基本類型、基本操作和流程控制，使用這些已經可以寫不少程序了。
但是如果需要經常做某一個操作，則類似的代碼需要重復寫很多遍，比如在一個數組中查找某個數，第一次查找一個數，第二次可能查找另一個數，每查一個數，類似的代碼都需要重寫一遍，很羅嗦。另外，有一些復雜的操作，可能分為很多個步驟，如果都放在一起，則代碼難以理解和維護。
計算機程序使用函數這個概念來解決這個問題，即使用函數來減少重復代碼和分解復雜操作，本節我們就來談談Java中的函數，包括函數的基礎和一些細節。
定義函數
函數這個概念，我們學數學的時候都接觸過，其基本格式是 y = f(x)，表示的是x到y的對應關系，給定輸入x，經過函數變換 f，輸出y。程序中的函數概念與其類似，也有輸入、操作、和輸出組成，但它表示的一段子程序，這個子程序有一個名字，表示它的目的(類比f)，有零個或多個參數（類比x)，有可能返回一個結果（類比y)。我們來看兩個簡單的例子：
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(); } }
第一個函數名字叫做sum，它的目的是對輸入的兩個數求和，有兩個輸入參數，分別是int整數a和b，它的操作是對兩個數求和，求和結果放在變量sum中（這個sum和函數名字的sum沒有任何關系），然后使用return語句將結果返回，最開始的public static是函數的修飾符，我們后續介紹。
第二個函數名字叫做print3Lines，它的目的是在屏幕上輸出三個空行，它沒有輸入參數，操作是使用一個循環輸出三個空行，它沒有返回值。
以上代碼都比較簡單，主要是演示函數的基本語法結構，即：
修飾符 返回值類型 函數名字(參數類型 參數名字, ...) { 操作 ... return 返回值; }
函數的主要組成部分有：
- 函數名字：名字是不可或缺的，表示函數的功能。
- 參數：參數有0個到多個，每個參數有參數的數據類型和參數名字組成。
- 操作：函數的具體操作代碼。
- 返回值：函數可以沒有返回值，沒有的話返回值類型寫成void，有的話在函數代碼中必須要使用return語句返回一個值，這個值的類型需要和聲明的返回值類型一致。
- 修飾符：Java中函數有很多修飾符，分別表示不同的目的，在本節我們假定修飾符為public static，且暫不討論這些修飾符的目的。
以上就是定義函數的語法，定義函數就是定義了一段有着明確功能的子程序，但定義函數本身不會執行任何代碼，函數要被執行，需要被調用。
函數調用
Java中，任何函數都需要放在一個類中，類我們還沒有介紹，我們暫時可以把類看做函數的一個容器，即函數放在類中，類中包括多個函數，Java中函數一般叫做方法，我們不特別區分函數和方法，可能會交替使用。一個類里面可以定義多個函數，類里面可以定義一個叫做main的函數，形式如：
public static void main(String[] args) { ... }
這個函數有特殊的含義，表示程序的入口，String[] args表示從控制台接收到的參數，我們暫時可以忽略它。Java中運行一個程序的時候，需要指定一個定義了main函數的類，Java會尋找main函數，並從main函數開始執行。
剛開始學編程的人可能會誤以為程序從代碼的第一行開始執行，這是錯誤的，不管main函數定義在哪里，Java函數都會先找到它，然后從它的第一行開始執行。
main函數中除了可以定義變量，操作數據，還可以調用其它函數，如下所示：
public static void main(String[] args) { int a = 2; int b = 3; int sum = sum(a, b); System.out.println(sum); print3Lines(); System.out.println(sum(3,4)); }
main函數首先定義了兩個變量 a和b，接着調用了函數sum，並將a和b傳遞給了sum函數，然后將sum的結果賦值給了變量sum。調用函數需要傳遞參數並處理返回值。
這里對於初學者需要注意的是，參數和返回值的名字是沒有特別含義的。調用者main中的參數名字a和b，和函數定義sum中的參數名字a和b只是碰巧一樣而 已，它們完全可以不一樣，而且名字之間沒有關系，sum函數中不能使用main函數中的名字，反之也一樣。調用者main中的sum變量和sum函數中的 sum變量的名字也是碰巧一樣而已，完全可以不一樣。另外，變量和函數可以取一樣的名字，但也是碰巧而已，名字一樣不代表有特別的含義。
調用函數如果沒有參數要傳遞，也要加括號()，如print3Lines()。
傳遞的參數不一定是個變量，可以是常量，也可以是某個運算表達式，可以是某個函數的返回結果。 如：System.out.println(sum(3,4)); 第一個函數調用 sum(3,4)，傳遞的參數是常量3和4，第二個函數調用 System.out.println傳遞的參數是sum(3,4)的返回結果。
關於參數傳遞，簡單總結一下，定義函數時聲明參數，實際上就是定義變量，只是這些變量的值是未知的，調用函數時傳遞參數，實際上就是給函數中的變量賦值。
函數可以調用同一個類中的其他函數，也可以調用其他類中的函數，我們在前面幾節使用過輸出一個整數的二進制表示的函數，toBinaryString：
int a = 23; System.out.println(Integer.toBinaryString(a));
toBinaryString是Integer類中修飾符為public static的函數，可以通過在前面加上類名和.直接調用。
函數基本小結
對於需要重復執行的代碼，可以定義函數，然后在需要的地方調用，這樣可以減少重復代碼。對於復雜的操作，可以將操作分為多個函數，會使得代碼更加易讀。
我 們在前面介紹過，程序執行基本上只有順序執行、條件執行和循環執行，但更完整的描述應該包括函數的調用過程。程序從main函數開始執行，碰到函數調用的時候，會跳轉進函數內部，函數調用了其他函數，會接着進入其他函數，函數返回后會繼續執行調用后面的語句，返回到main函數並且main函數沒有要執行的語句后程序結束。下節我們會更深入的介紹執行過程細節。
在Java中，函數在程序代碼中的位置和實際執行的順序是沒有關系的。
函數的定義和基本調用應該是比較容易理解的，但有很多細節可能令初學者困惑，包括參數傳遞、返回、函數命名、調用過程等，我們逐個討論下。
參數傳遞
數組參數
數組作為參數與基本類型是不一樣的，基本類型不會對調用者中的變量造成任何影響，但數組不是，在函數內修改數組中的元素會修改調用者中的數組內容。我們看個例子：
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reset函數內給參數數組元素賦值，在main函數中數組arr的值也會變。
這個其實也容易理解，我們在第二節介紹過，一個數組變量有兩塊空間，一塊用於存儲數組內容本身，另一塊用於存儲內容的位置，給數組變量賦值不會影響原有的數組內容本身，而只會讓數組變量指向一個不同的數組內容空間。
在上例中，函數參數中的數組變量arr和main函數中的數組變量arr存儲的都是相同的位置，而數組內容本身只有一份數據，所以，在reset中修改數組元素內容和在main中修改是完全一樣的。
可變長度的參數
上面介紹的函數，參數個數都是固定的，但有的時候，可能希望參數個數不是固定的，比如說求若干個數的最大值，可能是兩個，也可能是多個，Java支持可變長度的參數，如下例所示：
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)); }
這個max函數接受一個最小值，以及可變長度的若干參數，返回其中的最大值。可變長度參數的語法是在數據類型后面加三個點...，在函數內，可變長度參數可以看做就是數組，可變長度參數必須是參數列表中的最后一個參數，一個函數也只能有一個可變長度的參數。
可變長度參數實際上會轉換為數組參數，也就是說，函數聲明max(int min, int... a)實際上會轉換為 max(int min, int[] a)，在main函數調用 max(0,2,4,5)的時候，實際上會轉換為調用 max(0, new int[]{2,4,5})，使用可變長度參數主要是簡化了代碼書寫。
返回
return的含義
對初學者，我們強調下return的含義。函數返回值類型為void且沒有return的情況下，會執行到函數結尾自動返回。return用於結束函數執行，返回調用方。
return可以用於函數內的任意地方，可以在函數結尾，也可以在中間，可以在if語句內，可以在for循環內，用於提前結束函數執行，返回調用方。
函數返回值類型為void也可以使用return，即return;，不用帶值，含義是返回調用方，只是沒有返回值而已。
返回值的個數
函數的返回值最多只能有一個，那如果實際情況需要多個返回值呢？比如說，計算一個整數數組中的最大的前三個數，需要返回三個結果。這個可以用數組作為返回值，在函數內創建一個包含三個元素的數組，然后將前三個結果賦給對應的數組元素。
如果實際情況需要的返回值是一種復合結果呢？比如說，查找一個字符數組中，所有重復出現的字符以及重復出現的次數。這個可以用對象作為返回值，我們在后續章節介紹類和對象。
我想說的是，雖然返回值最多只能有一個，但其實一個也夠了。
函數命名
每個函數都有一個名字，這個名字表示這個函數的意義，名字可以重復嗎？在不同的類里，答案是肯定的，在同一個類里，要看情況。
同一個類里，函數可以重名，但是參數不能一樣，一樣是指參數個數相同，每個位置的參數類型也一樣，但參數的名字不算，返回值類型也不算。換句話說，函數的唯一性標示是：類名_函數名_參數1類型_參數2類型_...參數n類型。
同一個類中函數名字相同但參數不同的現象，一般稱為函數重載。為什么需要函數重載呢？一般是因為函數想表達的意義是一樣的，但參數個數或類型不一樣。比如說，求兩個數的最大值，在Java的Math庫中就定義了四個函數，如下所示：
調用過程
匹配過程
在之前介紹函數調用的時候，我們沒有特別說明參數的類型。這里說明一下，參數傳遞實際上是給參數賦值，調用者傳遞的數據需要與函數聲明的參數類型是匹配的，但不要求完全一樣。什么意思呢？Java編譯器會自動進行類型轉換，並尋找最匹配的函數。比如說：
char a = 'a'; char b = 'b'; System.out.println(Math.max(a,b));
參數是字符類型的，但Math並沒有定義針對字符類型的max函數，我們之前說明，char其實是一個整數，Java會自動將char轉換為int，然后調用Math.max(int a, int b)，屏幕會輸出整數結果98。
如果Math中沒有定義針對int類型的max函數呢？調用也會成功，會調用long類型的max函數，如果long也沒有呢？會調用float型的max函數，如果float也沒有，會調用double型的。Java編譯器會自動尋找最匹配的。
在只有一個函數的情況下（即沒有重載），只要可以進行類型轉換，就會調用該函數，在有函數重載的情況下，會調用最匹配的函數。
遞歸
函數大部分情況下都是被別的函數調用，但其實函數也可以調用它自己，調用自己的函數就叫遞歸函數。
為什么需要自己調用自己呢？我們來看一個例子，求一個數的階乘，數學中一個數n的階乘，表示為n!，它的值定義是這樣的：
0!=1
n!=(n-1)!×n
0的階乘是1，n的階乘的值是n-1的階乘的值乘以n，這個定義是一個遞歸的定義，為求n的值，需先求n-1的值，直到0，然后依次往回退。用遞歸表達的計算用遞歸函數容易實現，代碼如下：
public static long factorial(int n){ if(n==0){ return 1; }else{ return n*factorial(n-1); } }
看上去應該是比較容易理解的，和數學定義類似。
遞歸函數形式上往往比較簡單，但遞歸其實是有開銷的，而且使用不當，可以會出現意外的結果，比如說這個調用：
System.out.println(factorial(10000));
系統並不會給出任何結果，而會拋出異常，異常我們在后續章節介紹，此處理解為系統錯誤就可以了，異常類型為：java.lang.StackOverflowError，這是什么意思呢？這表示棧溢出錯誤，要理解這個錯誤，我們需要理解函數調用的實現原理（下節介紹）。
那如果遞歸不行怎么辦呢？遞歸函數經常可以轉換為非遞歸的形式，通過一些數據結構（后續章節介紹）以及循環來實現。比如，求階乘的例子，其非遞歸形式的定義是：
n!=1×2×3×…×n
這個可以用循環來實現，代碼如下：
public static long factorial(int n){ long result = 1; for(int i=1; i<=n; i++){ result*=i; } return result; }
小結
函數是計算機程序的一種重要結構，通過函數來減少重復代碼，分解復雜操作是計算機程序的一種重要思維方式。本節我們介紹了函數的基礎概念，還有關於參數傳遞、返回值、重載、遞歸方面的一些細節。
但 在Java中，函數還有大量的修飾符， 如public, private, static, final, synchronized, abstract等，本文假定函數的修飾符都是public static，在后續文章中，我們再介紹這些修飾符。函數中還可以聲明異常，我們也留待后續文章介紹。
在介紹遞歸函數的時候，我們看到了一個系統錯誤，java.lang.StackOverflowError，理解這個錯誤，我們需要理解函數調用的實現機制，讓我們下節介紹。
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