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Java 实例 – 打印矩形（长文讲解）
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在编程学习的旅程中，"打印矩形"是一个经典且基础的练习项目。它不仅能够帮助开发者掌握循环结构和条件判断的核心逻辑，还能通过不同变体（如空心矩形、带边框的矩形）训练代码设计的灵活性。本文将以"Java 实例 – 打印矩形"为主题，通过分层次的讲解和实例代码，带领读者从基础语法到进阶技巧全面掌握这一技能。无论是编程初学者还是希望巩固基础的中级开发者，都能从中获得实用的指导和启发。
理解矩形打印的核心逻辑
1. 矩形的数学模型与坐标系
矩形由高度（行数）和宽度（列数）决定。在代码中，我们可以将每一行视为一个"打印行"，每一列视为该行中的字符位置。想象一个二维坐标系：
- 行（Row）：从上到下递增，通常用变量
i表示 - 列（Column）：从左到右递增，通常用变量
j表示
例如，一个 3x5 的矩形可以表示为：
行 0: [列0, 列1, 列2, 列3, 列4]
行 1: [列0, 列1, 列2, 列3, 列4]
行 2: [列0, 列1, 列2, 列3, 列4]
这种坐标系的思维模式是解决打印问题的关键。
2. 循环结构的选择
打印矩形的核心在于双重循环：
- 外层循环控制行数（
for(int i=0; i<行数; i++)） - 内层循环控制列数（
for(int j=0; j<列数; j++)）
例如，一个简单的矩形打印代码框架如下：
public class RectanglePrinter {
public static void main(String[] args) {
int rows = 3;
int cols = 5;
for(int i=0; i<rows; i++) {
for(int j=0; j<cols; j++) {
System.out.print("*"); // 打印字符
}
System.out.println(); // 换行
}
}
}
此代码将输出：
*****
*****
*****
基础案例：实心矩形与空心矩形
1. 实心矩形（Solid Rectangle）
实心矩形的每个位置都填充字符（如 *）。上文的代码即为典型示例。关键点在于：
- 内层循环的每一次迭代都打印一个字符
- 外层循环结束后换行
2. 空心矩形（Hollow Rectangle）
空心矩形仅在边缘填充字符，内部为空。此时需要添加条件判断：
public class HollowRectangle {
public static void main(String[] args) {
int rows = 4;
int cols = 6;
for(int i=0; i<rows; i++) {
for(int j=0; j<cols; j++) {
if(i == 0 || i == rows-1 || j == 0 || j == cols-1) {
System.out.print("*");
} else {
System.out.print(" ");
}
}
System.out.println();
}
}
}
输出结果：
******
* *
* *
******
关键逻辑解释：
- 当处于第一行（
i=0）、最后一行（i=rows-1）、第一列（j=0）或最后一列（j=cols-1）时打印* - 其他位置打印空格
进阶技巧：动态参数与用户输入
1. 通过控制台输入参数
在实际开发中，矩形的尺寸通常需要动态指定。可以使用 Scanner 类读取用户输入：
import java.util.Scanner;
public class DynamicRectangle {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.print("输入行数：");
int rows = scanner.nextInt();
System.out.print("输入列数：");
int cols = scanner.nextInt();
// 打印实心矩形的逻辑
for(int i=0; i<rows; i++) {
for(int j=0; j<cols; j++) {
System.out.print("*");
}
System.out.println();
}
}
}
2. 参数验证与异常处理
为避免用户输入负数或零，可以添加条件判断：
if(rows <= 0 || cols <= 0) {
System.out.println("行列数必须大于0");
return; // 终止程序
}
扩展应用：复杂形状与多维数组
1. 带边框的彩色矩形（使用ANSI转义码）
通过控制台颜色输出增强视觉效果：
public class ColorRectangle {
public static void main(String[] args) {
int rows = 5;
int cols = 10;
for(int i=0; i<rows; i++) {
for(int j=0; j<cols; j++) {
if(i == 0 || i == rows-1 || j == 0 || j == cols-1) {
System.out.print("\033[44m" + "*" + "\033[0m"); // 蓝色背景
} else {
System.out.print("\033[47m" + " " + "\033[0m"); // 白色背景
}
}
System.out.println();
}
}
}
注意事项：
- ANSI转义码在Windows系统中需启用支持（JDK 16+ 或通过命令
System.setProperty("java.awt.headless", "false")）
2. 使用多维数组存储矩形数据
将矩形视为一个二维数组，可实现更复杂的逻辑（如填充图案）：
public class ArrayBasedRectangle {
public static void main(String[] args) {
int rows = 3;
int cols = 4;
char[][] rectangle = new char[rows][cols];
// 初始化数组
for(int i=0; i<rows; i++) {
for(int j=0; j<cols; j++) {
rectangle[i][j] = (i == 0 || i == rows-1 || j == 0 || j == cols-1) ? '*' : ' ';
}
}
// 输出数组内容
for(char[] row : rectangle) {
System.out.println(new String(row));
}
}
}
性能优化与代码重构
1. 避免重复计算
在循环中，将 rows-1 和 cols-1 存储为临时变量，减少计算次数：
int lastRow = rows - 1;
int lastCol = cols - 1;
2. 使用StringBuilder提升效率
对于大规模数据（如1000x1000的矩形），直接使用 System.out.print 可能导致性能问题。改用 StringBuilder 缓冲数据：
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for(int i=0; i<rows; i++) {
sb.setLength(0); // 清空缓冲区
for(int j=0; j<cols; j++) {
sb.append('*'); // 或其他字符
}
System.out.println(sb.toString());
}
常见问题与解决方案
1. 输出出现多余空格或换行
原因：在内层循环结束后，System.out.println() 会自动换行。若误将 print 和 println 混用，会导致格式错乱。
解决方案：确保内层循环结束后仅调用一次 println()。
2. 矩形尺寸不符合预期
原因：变量 rows 和 cols 的值可能被错误赋值。例如，rows = 5 实际打印了5行，但用户可能误以为是6行。
解决方案：添加输入验证和调试输出（如打印变量值）。
3. 多条件判断逻辑混乱
原因：复杂的条件组合（如同时判断行和列的多个边界）容易出错。
解决方案：将条件拆分为多个独立判断，或使用布尔变量暂存中间结果：
boolean isEdge = (i == 0) || (i == lastRow) || (j == 0) || (j == lastCol);
if(isEdge) { ... }
应用场景与拓展思考
1. 图形界面编程
在Swing或JavaFX中，矩形打印的逻辑可转化为图形绘制：
// 假设使用JavaFX的Canvas
canvas.getGraphicsContext2D().fillRect(x, y, width, height);
2. 游戏开发中的地图生成
矩形打印的二维数组思维可扩展为游戏地图：
// 简化版地图数据
char[][] gameMap = new char[20][20]; // 20x20的地图
// 初始化围墙
for(int i=0; i<20; i++) {
gameMap[0][i] = '#'; // 上边界
gameMap[19][i] = '#'; // 下边界
}
3. 日志格式化与数据可视化
在日志系统中，矩形打印的技巧可用于生成结构化的输出：
// 打印表格标题行
System.out.println("┌──────────┬──────────┐");
System.out.println("| 列1 | 列2 |");
System.out.println("├──────────┼──────────┤");
// 数据行循环
for(...) {
System.out.printf("| %-8s | %-8s |\n", data1, data2);
}
System.out.println("└──────────┴──────────┘");
结论
通过本文的讲解，我们不仅掌握了"Java 实例 – 打印矩形"的核心逻辑，还探索了其在动态参数处理、性能优化、图形界面等领域的应用。矩形打印看似简单，实则蕴含了循环控制、条件判断、数据结构等编程基础的精华。对于初学者而言，建议通过修改参数值、尝试不同字符图案（如#、@）或添加颜色效果，逐步提升代码的复杂度。对于中级开发者，可以思考如何将二维数组扩展为三维空间数据结构，或结合算法实现矩形的动态生成与动画效果。编程是一门实践的艺术，愿各位读者在不断尝试中收获乐趣与成长！
（全文共约 2300 字）