Java程序打印给定整数的方形图案

1、需求分析

本文将讲述如何使用Java语言写出打印给定整数的方形图案的程序。具体要求是用户输入一个整数num，程序将会打印num行num列的图案，其中第一行和最后一行，第一列和最后一列都是“*”，其余位置是“+”。

2、代码实现

2.1 主函数

主函数主要是负责获取用户输入的num，并且调用打印图案的方法printPattern：

import java.util.Scanner;
public class PrintPattern {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.print("Please input a number: ");
        int num = sc.nextInt();
        printPattern(num);
    }
}

2.2 打印图案方法

打印图案方法printPattern根据用户输入的num，逐行逐列打印图案，并将第一行和最后一行，第一列和最后一列的位置设置为“*”：

public static void printPattern(int num) {
    for (int i = 1; i <= num; i++) {
        for (int j = 1; j <= num; j++) {
            if (i == 1 || i == num || j == 1 || j == num) {
                System.out.print("*");
            } else {
                System.out.print("+");
            }
        }
        System.out.println();
    }
}

3、运行结果

下面是一个输入为5的运行结果：

Please input a number: 5
*****
*+++*
*+++*
*+++*
*****

4、代码优化

以上代码虽然可以正确地实现需求，但是可以通过优化代码结构和算法来提升程序性能和效率。

4.1 变量命名

变量命名应该使用有意义的英文单词，并符合命名规范：

num → rowCount

i → row

j → column

4.2 引入变量

将第一行和最后一行的位置用变量保存，在循环中直接判断row是否等于topRow或者bottomRow，取代原来的i == 1 和 i == num 的判断：

public static void printPattern(int rowCount) {
    int topRow = 1;
    int bottomRow = rowCount;
    for (int row = 1; row <= rowCount; row++) {
        for (int column = 1; column <= rowCount; column++) {
            boolean isEdge = row == topRow || row == bottomRow || column == topRow || column == bottomRow;
            System.out.print(isEdge ? "*" : "+");
        }
        System.out.println();
    }
}

4.3 空间换时间

遍历的时候，除了边缘处要打印“*”，其他位置都要打印“+”，可以通过逻辑推导出：如果“*”的位置是(row, column)，且row、column均为偶数，则不需要打印“*”。

public static void printPattern(int rowCount) {
    int topRow = 1;
    int bottomRow = rowCount;
    for (int row = 1; row <= rowCount; row++) {
        for (int column = 1; column <= rowCount; column++) {
            boolean isEvenRow = row % 2 == 0;
            boolean isEvenColumn = column % 2 == 0;
            boolean isEdge = row == topRow || row == bottomRow || column == topRow || column == bottomRow;
            System.out.print(isEdge || (isEvenRow && isEvenColumn) ? "*" : "+");
        }
        System.out.println();
    }
}

5、总结

本文讲述了如何使用Java语言编写打印方形图案的程序。通过本文的讲解，可以学到Java中Scanner的使用、方法的调用和参数传递、循环控制语句的使用等内容。同时，通过代码的优化，也能学到如何合理利用计算机资源，提高程序性能和效率。