方法

為什麼要寫方法

程式寫長了，常會發現同一段計算出現在好幾個地方，或是 main 長到一眼看不完。方法（method）把一段工作包起來、取一個名字， 需要的時候呼叫它就好。你其實已經用過很多方法：System.out.println(…)、Math.sqrt(…)、Arrays.sort(…)。

把程式拆成方法有三個好處：

• 不重複：同樣的計算只寫一次，要修正也只改一個地方
• 好讀：if (isPrime(n)) 比一整段迴圈更容易看懂意圖
• 好測試：每個方法負責一件事，可以單獨確認它是否正確

本課的方法都加上 static，表示它屬於 Main 這個類別，在 main 裡可以直接呼叫。 沒有 static 的方法要先建立物件才能呼叫，這是第 08 課的內容。

學過 Python 的話：Java 的方法相當於 Python 的 def，但每個參數和回傳值都要寫出型別，編譯器會檢查你傳的引數和接收的回傳值型別對不對。

定義與呼叫

static int square(int n) {   // 回傳型別 int、方法名稱 square、參數 int n
    int result = n * n;
    return result;           // 把結果交回呼叫的地方
}

int a = square(3);           // 呼叫：引數 3 複製給參數 n，回傳值 9 存進 a

• 定義時小括號裡的 n 叫參數（parameter）；呼叫時實際傳進去的 3 叫引數（argument）。引數的個數、順序、型別要和參數列對得上
• 呼叫方法時，程式跳進方法裡執行，碰到 return（或 void 方法的結尾）再回到呼叫的地方繼續
• 有回傳值的方法可以放進任何運算式：square(2) * square(5)、System.out.println(square(4))
• void 方法沒有回傳值，寫 int r = greet("Amy", 2); 會編譯錯誤

每呼叫一次方法，動畫左邊就多一個框架（frame），放這次呼叫的參數與區域變數；方法結束，框架就消失。這一疊框架叫做呼叫堆疊（call stack）。

return 與區域變數

return 會立刻結束方法，後面的程式不再執行。所以一個方法可以有好幾個 return，先把特殊情況處理掉：

static String grade(int score) {
    if (score < 0 || score > 100) {
        return "分數不合理";   // 不合理的輸入，直接結束
    }
    if (score >= 80) return "A";
    if (score >= 60) return "B";
    return "C";
}

• 有回傳型別的方法，每一條可能的執行路徑都必須 return 一個值，否則編譯錯誤 missing return statement
• void 方法也可以寫不帶值的 return; 提早結束
• 在迴圈裡 return 會連同迴圈一起結束整個方法，常用在「找到答案就停」，例如判斷質數時找到一個因數就回傳 false

區域變數（local variable）：在方法裡宣告的變數（包括參數）只屬於這次呼叫，方法結束就消失。 main 不能直接使用 square 裡的 result，兩個方法裡也可以各有一個同名的變數，彼此互不相干。 需要把結果交給呼叫端，就用回傳值。

傳值呼叫

Java 呼叫方法時一律傳值（pass by value）：把引數的值複製一份給參數。差別在於「值」是什麼：

所以 swap(x, y) 交換不了兩個 int 變數。要讓方法的計算結果影響呼叫端，最清楚的做法是用回傳值：num = addOne(num);。 方法直接修改傳進來的陣列雖然可行，但呼叫的人不一定想得到，最好在方法名稱或註解裡說清楚（例如 Arrays.sort 就是直接改原陣列）。

多載與可變長度參數

同一個類別裡可以有好幾個同名的方法，只要參數列不同（參數的個數不同，或對應位置的型別不同），這叫做多載（overload）。 System.out.println 就是多載的例子：println(int)、println(double)、println(String) 都叫同一個名字。

static int max(int a, int b) { … }
static double max(double a, double b) { … }   // 型別不同：可以
static int max(int a, int b, int c) { … }     // 個數不同：可以
static double max(int a, int b) { … }         // 只有回傳型別不同：編譯錯誤

呼叫時，編譯器依照引數的型別與個數選出要用哪一個。只有回傳型別不同不算多載，因為呼叫 max(3, 8) 時看不出你要哪一個， javac 會報 method max(int,int) is already defined。參數的名稱不同也不算，只看型別。 找不到完全相符的版本時，編譯器會嘗試把引數自動放寬（例如 int 轉成 long 或 double）再找。

可變長度參數（varargs）：在最後一個參數的型別後面加 ...，方法就能接受 0 個或任意多個引數：

static int sum(int... nums) {   // 在方法裡，nums 就是一個 int[]
    int total = 0;
    for (int n : nums) total += n;
    return total;
}

sum();          // nums 是長度 0 的陣列
sum(1, 2, 3);   // nums 是 {1, 2, 3}

一個方法只能有一個可變長度參數，而且必須放在參數列的最後：static String join(String sep, String... words)。

遞迴

方法可以呼叫自己，這叫遞迴（recursion）。有些問題可以拆成「一個比較小的同類問題」，用遞迴寫起來特別直接。 例如階乘：4! = 4 × 3!，而 3! = 3 × 2!……直到 1! = 1。

static int factorial(int n) {
    if (n <= 1) {
        return 1;                  // 終止條件（base case）：不再呼叫自己
    }
    return n * factorial(n - 1);   // 遞迴呼叫：問題變小一點
}

一個正確的遞迴方法一定要有兩個部分：

1. 終止條件：最簡單的情況直接回傳答案
2. 遞迴呼叫：每次呼叫都讓問題更接近終止條件

每次呼叫都會在呼叫堆疊上疊一個新框架，每個框架有自己的 n。碰到終止條件之後，才從最上層開始一層一層返回、把結果乘回來。 如果忘了終止條件，或問題沒有變小，框架會一直疊下去，最後拋出 StackOverflowError。

費氏數列 fib(n) = fib(n - 1) + fib(n - 2) 也可以直接寫成遞迴，但同一個值會被重複計算很多次（下面的動畫裡 fib(2) 算了兩次）， n 一大就非常慢。實務上這類問題改用迴圈或把算過的結果記下來。遞迴適合用在問題本身就是樹狀、可以自然拆小的情況。

方法的命名與單一職責

寫方法時，可以用下面幾點檢查：

• 名稱說出它做什麼：動詞開頭（printReport、computeTax），回傳 boolean 的方法用 is／has／can 開頭（isPrime、hasNext），讀起來像一句話：if (isLeapYear(y))
• 一個方法只做一件事（單一職責）：名稱裡出現「和」（例如 readAndPrintAndSave）通常表示該拆開。負責「計算」的方法回傳結果，負責「顯示」的方法再去印，比在計算方法裡直接 println 更容易重複使用
• 參數不要太多：超過四、五個時，可以想想是不是該整理成一個類別（第 08 課）
• 長度適中：一個方法超過一個畫面，通常可以再拆出幾個小方法

下面的練習就是這樣：isLeapYear 只負責判斷一年，countLeapYears 呼叫它來計數。

重點回顧

• 方法的寫法：static 回傳型別 名稱(參數列) { … }；不回傳值用 void；呼叫時引數依照順序複製給參數
• return 立刻結束方法；有回傳型別的方法每條路徑都要回傳值
• 參數與方法裡宣告的變數是區域變數，只在這次呼叫裡有效；每次呼叫都有自己的框架，疊成呼叫堆疊
• Java 一律傳值：基本型別傳數值的複本，改不到呼叫端；陣列傳參照的複本，改元素呼叫端看得到。想改變呼叫端的變數，用回傳值接回來
• 多載：同名、參數列不同（個數或型別）；只有回傳型別或參數名稱不同不算
• 可變長度參數 int... nums 在方法裡是陣列，必須放在參數列最後
• 遞迴要有終止條件，而且每次呼叫都讓問題變小；否則會 StackOverflowError
• 方法名稱說清楚做什麼，一個方法只做一件事