27、编程中的函数返回值与数组使用-优快云博客

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编程中的函数返回值与数组使用

在编程里，我们常常需要定义和运用各类函数，其中能返回值的函数尤为重要。

1. 创建返回值的函数

在同一个程序中，我们可以定义并使用多个函数，数量上没有限制。函数可分为返回值的函数和无返回值的 void 函数，并且在同一程序里能同时定义和使用这两种类型的函数。

下面通过一个将浮点数四舍五入到指定小数位的例子来详细说明。

1.1 浮点数精度问题

浮点数在某些情况下精度不准确，特别是在小数位较小时。例如：

println(3.0/9.0);

输出结果是 0.33333334 ，而正确结果应为 0.33333333 。并且，有时处理过多小数位不太方便，比如处理货币金额时，通常只需要保留两位小数。

1.2 四舍五入公式

对于一个带小数的数，如 3.168 ，将其四舍五入到十分位的步骤如下：
1. 该数乘以 10： 3.168 * 10 = 31.68
2. 将结果四舍五入为整数： round(31.68) = 32
3. 整数除以 10： 32 / 10.0 = 3.2

在 Processing 代码中可表示为：

round(numberToRound * 10) / 10.0

注意这里除以 10.0 是为了避免整数除法。

同理，将其四舍五入到百分位的步骤为：
1. 该数乘以 100： 3.168 * 100 = 316.8
2. 将结果四舍五入为整数： round(316.8) = 317
3. 整数除以 100： 317 / 100.0 = 3.17

Processing 代码表示为：

round(numberToRound * 100) / 100.0

更通用的公式是，如果要将数四舍五入到 n 位小数：
1. 该数乘以 10^n
2. 将结果四舍五入为整数
3. 整数除以 10^n

Processing 代码表示为：

round(numberToRound * pow(10, places)) / pow(10, places)

由于 pow() 函数返回浮点数，所以无需担心整数除法问题。

1.3 编写四舍五入函数

定义函数时，函数头需要包含三个信息：
1. 返回值类型：因为四舍五入后的结果仍为浮点数，所以返回类型为 float 。
2. 函数名：这里命名为 roundPlaces() 。
3. 参数列表：需要传入要四舍五入的浮点数和指定的小数位数。

完整的函数定义如下：

float roundPlaces(float numberToRound, int places)
{
    float result;
    result = round(numberToRound * pow(10, places)) / pow(10, places);
    return result;
}

在 setup() 函数中调用该函数：

void setup()
{
    float unrounded = 3.168;
    int decimals = 2;
    float rounded;
    rounded = roundPlaces(unrounded, decimals);
    println(unrounded + " --> " + rounded);
}

若要使程序具有交互性，让用户输入要四舍五入的数和小数位数，可添加如下代码：

import static javax.swing.JOptionPane.*;
void setup()
{
    String input;
    String output;
    float unrounded;
    int decimals;
    float rounded;
    char rightArrow = char(8594);
    input = showInputDialog("Enter a number to be rounded:");
    unrounded = float(input);
    input = showInputDialog("Enter a number of decimal places");
    decimals = int(input);
    rounded = roundPlaces(unrounded, decimals);
    output = unrounded + " " + rightArrow + " " + rounded;
    showMessageDialog(frame, output);
}

2. 函数总结

能返回值的函数通常简称为“函数”。
定义返回值的函数需要指定非 void 的返回类型，并且要有 return 语句。
与 void 函数一样，返回值的函数可在同一程序中多次调用，也能定义一个或多个参数。
同一程序中可定义和使用多个 void 或非 void 函数。

3. 相关练习

以下是一些相关的编程练习：
1. 编写 randomMonth() 函数，返回 1 到 12 之间的随机整数，并在 setup() 函数中调用该函数，将结果赋值给 month 变量，然后在控制台显示 month 的值。
2. 编写 circum() 函数，接收一个 float 类型的 diameter 参数，利用 Processing 内置的 PI 常量计算并返回直径为 diameter 的圆的周长。在 setup() 函数中声明变量 diam 并赋值，调用 circum() 函数，将结果赋值给 circumference 变量，最后在控制台显示 diam 和 circumference 的值。
3. 修改上一题的程序，随机选取 1 到 100 之间的直径。
4. 编写 circleArea() 函数，接收一个 float 类型的 circleRadius 参数，计算并返回半径为 circleRadius 的圆的面积。在 setup() 函数中声明变量 radius 并赋值，调用 circleArea() 函数，将结果赋值给 area 变量，最后在控制台显示 radius 和 area 的值。
5. 修改上一题的程序，随机选取 1 到 100 之间的直径。
6. 编写 sphereVolume() 函数，接收一个 float 类型的 sphereRadius 参数，计算并返回半径为 sphereRadius 的球体的体积。在 setup() 函数中声明变量 radius 并赋值，调用 sphereVolume() 函数，将结果赋值给 volume 变量，最后在控制台显示 radius 和 volume 的值。
7. 修改上一题的程序，随机选取 1 到 100 之间的直径。
8. 编写 coneVolume() 函数，接收 float 类型的 coneRadius 和 coneAltitude 参数，计算并返回半径为 coneRadius 、高为 coneAltitude 的圆锥的体积。在 setup() 函数中声明变量 radius 和 altitude 并赋值，调用 coneVolume() 函数，将结果赋值给 volume 变量，最后在控制台显示 radius 、 altitude 和 volume 的值。
9. 编写 yardsToMeters() 函数，接收一个 float 类型的码数作为参数，返回对应的米数（1 码 = 0.9144 米）。在 setup() 函数中随机选取 1 到 100 之间的整数作为码数，赋值给 yards 变量，调用 yardsToMeters() 函数，将结果赋值给 meters 变量，最后在控制台显示选取的码数和对应的米数。
10. 修改上一题的程序，允许用户在对话框中输入要转换的码数。
11. 编写 monthDays() 函数，接收一个月份数字，返回表示该月天数的字符串。在 setup() 函数中随机选取 1 到 12 之间的整数，调用 monthDays() 函数，在控制台显示选取的月份和对应的天数。
12. 修改上一题的程序，允许用户在对话框中输入月份数字。

4. 数组的使用

当需要处理一组相关且类型相同的数据时，使用数组是个不错的选择。

4.1 数组的概念

数组是由固定数量、相同类型的元素按特定顺序排列而成的。具体特点如下：
1. 固定数量 ：数组存储的元素数量是固定的，其存储容量一般不会改变。
2. 相同类型 ：数组中所有元素的类型必须相同。
3. 特定顺序 ：数组中的元素按特定顺序排列。

数组中的每个元素都有一个索引，在计算机编程中，数组索引通常从 0 开始。例如，有一组温度数据 57, 10, 32, 78, 212, 101 ，若将其存储在名为 temperatures 的数组中，要访问数组中索引为 3 的元素，可使用 temperatures[3] ，该元素的值为 78 。

4.2 数组的声明

在 Processing 中创建数组变量，首先要进行声明。声明数组变量时，先指定元素类型，然后在类型后面添加左右方括号。例如：

int[] temperatures;

此语句只是让 Processing 创建一个名为 temperatures 的变量，用于存储一个 int 类型数组在计算机内存中的地址，但数组并未实际创建，内存地址也未知。

4.3 数组的初始化

有时候，我们在创建数组时就知道其初始值。这时，可以在数组声明语句中使用赋值运算符 = 来初始化数组。例如：

int[] temperatures = {57, 10, 32, 78, 212, 101};

需要注意的是，不能分开声明数组变量和指定初始值，以下代码会产生错误：

int[] temperatures;
temperatures = {57, 10, 32, 78, 212, 101}; // 错误！

当在一个语句中声明并初始化数组时，Processing 会完成以下三件事：
1. 在计算机内存中为新数组分配空间。
2. 将列出的值插入到数组的相应位置。
3. 将新数组在计算机内存中的地址存储在数组变量中。

我们可以通过调用 print() 函数来验证数组变量存储的是数组的内存地址：

int[] temperatures = {57, 10, 32, 78, 212, 101};
print(temperatures);

运行程序后，控制台输出类似 [I@2a139a55 的内容， @ 符号后面的字符表示数组在内存中的十六进制地址。

综上所述，数组变量并不直接包含实际的数组，而是存储数组在计算机内存中的地址。通过合理运用数组，我们可以更高效地处理大量同类型的数据。希望大家通过本文的介绍和练习，能更好地掌握创建返回值的函数和数组的使用。

编程中的函数返回值与数组使用（续）

5. 数组的操作示例

为了更好地理解数组的使用，下面给出一些具体的操作示例。

5.1 遍历数组

遍历数组就是依次访问数组中的每个元素。在 Processing 中，可以使用 for 循环来实现。以下是遍历 temperatures 数组并打印每个元素的示例代码：

int[] temperatures = {57, 10, 32, 78, 212, 101};
for (int i = 0; i < temperatures.length; i++) {
    println("Index " + i + ": " + temperatures[i]);
}

在上述代码中， temperatures.length 表示数组的长度，即数组中元素的个数。 for 循环从索引 0 开始，依次访问数组中的每个元素，并将其索引和值打印到控制台。

5.2 修改数组元素

可以通过索引直接修改数组中的元素。例如，将 temperatures 数组中索引为 2 的元素修改为 35：

int[] temperatures = {57, 10, 32, 78, 212, 101};
temperatures[2] = 35;
println("Modified temperatures: ");
for (int i = 0; i < temperatures.length; i++) {
    println("Index " + i + ": " + temperatures[i]);
}

运行上述代码后，会发现数组中索引为 2 的元素值变为了 35。

5.3 数组求和

可以通过遍历数组并累加每个元素的值来计算数组中所有元素的和。以下是计算 temperatures 数组元素和的示例代码：

int[] temperatures = {57, 10, 32, 78, 212, 101};
int sum = 0;
for (int i = 0; i < temperatures.length; i++) {
    sum += temperatures[i];
}
println("Sum of temperatures: " + sum);

在上述代码中，使用 sum 变量来累加数组中的每个元素的值，最终得到数组元素的总和。

6. 多维数组

除了一维数组，还可以使用多维数组来存储更复杂的数据结构。例如，二维数组可以看作是一个表格，有行和列。

6.1 二维数组的声明和初始化

以下是声明和初始化一个二维数组的示例代码：

int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};

在上述代码中， matrix 是一个 3 行 3 列的二维数组。可以通过两个索引来访问二维数组中的元素，第一个索引表示行，第二个索引表示列。例如，要访问第二行第三列的元素，可以使用 matrix[1][2] （注意索引从 0 开始）。

6.2 遍历二维数组

可以使用嵌套的 for 循环来遍历二维数组。以下是遍历 matrix 二维数组并打印每个元素的示例代码：

int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
        println("Element at row " + i + ", column " + j + ": " + matrix[i][j]);
    }
}

在上述代码中，外层 for 循环控制行，内层 for 循环控制列，通过嵌套循环可以依次访问二维数组中的每个元素。

7. 数组的应用场景

数组在编程中有广泛的应用场景，以下是一些常见的应用场景：

应用场景	描述
数据存储	可以使用数组来存储一组相关的数据，如温度、成绩、坐标等。
排序算法	许多排序算法（如冒泡排序、选择排序、快速排序等）都需要使用数组来存储待排序的数据。
图像处理	在图像处理中，数组可以用来存储图像的像素值，通过对数组元素的操作来实现图像的处理和变换。
游戏开发	在游戏开发中，数组可以用来存储游戏中的角色位置、道具信息等。

8. 总结

本文详细介绍了编程中创建返回值的函数和数组的使用。通过将浮点数四舍五入到指定小数位的例子，我们学习了如何定义和调用返回值的函数，以及函数头中需要包含的信息。同时，我们还了解了数组的概念、声明、初始化和操作，包括一维数组和二维数组的使用。数组在编程中是一种非常重要的数据结构，能够帮助我们更高效地处理大量同类型的数据。希望读者通过本文的学习，能够掌握这些知识，并在实际编程中灵活运用。

以下是一个简单的流程图，展示了创建返回值函数和使用数组的基本流程：

graph TD;
    A[开始] --> B[创建返回值函数]
    B --> C[定义函数头（返回类型、函数名、参数列表）]
    C --> D[编写函数体]
    D --> E[返回结果]
    B --> F[调用函数]
    F --> G[使用返回值]
    A --> H[使用数组]
    H --> I[声明数组]
    I --> J[初始化数组]
    J --> K[操作数组（遍历、修改、求和等）]
    K --> L[结束]
    G --> L

通过这个流程图，我们可以更清晰地看到创建返回值函数和使用数组的整个过程。在实际编程中，我们可以根据具体需求灵活运用这些知识，提高编程效率和代码质量。