Java降雨量统计教程详解

本教程深入讲解如何使用Java构建一个结构清晰的月度降雨量统计程序，旨在帮助开发者掌握结构化程序设计的核心思想。文章将详细阐述如何利用Java方法实现数据收集、存储、显示、计算月度降雨总量、平均值以及统计降雨量超标的月份等功能。通过学习本文，你将了解如何进行输入验证，管理数据流，并获得完整的代码示例，从而构建一个功能完善的降雨量分析系统。同时，本教程强调良好的编程实践，助力你编写出更易于维护和扩展的高质量Java代码。无论你是Java初学者还是有一定经验的开发者，都能从中受益。

本教程详细介绍了如何使用Java编写一个结构化的程序，用于收集、存储、显示、计算月度降雨总量、平均值以及统计降雨量超标的月份。文章将通过清晰的方法定义、输入验证、数据流管理和完整的代码示例，指导读者构建一个功能完善的降雨量分析系统，并强调良好的编程实践。

引言：结构化Java程序设计与月度降雨量分析

在软件开发中，将复杂任务分解为独立的、可管理的功能模块是一种常见的最佳实践。本教程将以一个月度降雨量统计程序为例，演示如何在Java中利用方法（Method）来组织代码，实现数据输入、输出、计算和分析等功能。通过这种方式，不仅可以提高代码的可读性和可维护性，还能促进代码复用。

我们将构建一个程序，能够：

1. 从用户处获取一年中每个月的降雨量数据。
2. 显示每个月的降雨量。
3. 计算并显示全年的总降雨量。
4. 计算并显示月平均降雨量。
5. 统计并显示降雨量超过特定阈值的月份数量。

程序设计规范与方法定义

为了实现上述功能，我们将定义以下五个独立的静态方法。每个方法都应承担单一职责，以确保程序的模块化和清晰性。

1. getRainfall(int months):

   • 功能: 接收一个整数参数表示月份数，提示用户输入每个月的降雨量，并将这些值存储在一个double数组中。
   • 约束: 不允许用户输入负数。如果输入负数，应提示错误并要求重新输入。
   • 返回值: 包含所有月份降雨量的double数组。

2. displayRainfall(double[] rain):

   • 功能: 接收一个double数组作为参数，该数组包含每个月的降雨量。
   • 输出: 逐月显示降雨量。

3. getTotalRainfall(double[] rain):

   • 功能: 接收一个double数组作为参数，计算并返回全年的总降雨量。
   • 返回值: 全年总降雨量的double值。

4. getAverageRainfall(double[] rain):

   • 功能: 接收一个double数组作为参数，计算并返回月平均降雨量。
   • 返回值: 月平均降雨量的double值。

5. getRainfallAbove(double[] rain, double threshold):

   • 功能: 接收一个double数组（降雨量数据）和一个double值（阈值）作为参数。
   • 返回值: 降雨量超过阈值的月份数量（整数）。

我们将把这些方法放在一个类中，并在main方法中协调它们的调用。

核心实现：main方法与数据流

main方法是程序的入口点，负责声明数组、调用各个功能方法，并根据方法返回的结果输出最终信息。重要的是，降雨量数组应该在main方法中声明，并通过参数传递给其他方法，或者由getRainfall方法返回并赋值给main方法中的局部变量，而不是作为全局静态变量。

import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;

public class RainfallAnalyzer {

    public static final int MONTHS = 12; // 定义常量表示一年中的月份数

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 获取降雨量数据
        // getRainfall方法返回一个double数组，main方法接收并存储
        double[] monthlyRainfall = getRainfall(MONTHS); 

        // 2. 显示每个月的降雨量
        displayRainfall(monthlyRainfall);

        // 3. 计算并显示全年总降雨量
        double totalRain = getTotalRainfall(monthlyRainfall);
        System.out.printf("\n全年总降雨量为: %.2f 英寸\n", totalRain);

        // 4. 计算并显示月平均降雨量
        double averageRain = getAverageRainfall(monthlyRainfall);
        System.out.printf("月平均降雨量为: %.2f 英寸\n", averageRain);

        // 5. 统计降雨量超过特定阈值的月份
        double threshold = 5.0; // 设定一个示例阈值
        int monthsAboveThreshold = getRainfallAbove(monthlyRainfall, threshold);
        System.out.printf("有 %d 个月的降雨量超过 %.2f 英寸\n", monthsAboveThreshold, threshold);
    }

    // ... 其他方法实现将在下面详细介绍 ...
}

在main方法中，我们首先调用getRainfall方法获取用户输入的降雨数据，并将其存储在monthlyRainfall数组中。随后，这个数组被作为参数传递给其他方法，以执行不同的分析任务。

详细方法实现

getRainfall：收集降雨数据并进行校验

此方法负责与用户交互，获取每个月的降雨量。关键在于输入验证，确保用户不会输入非法的负数。

    /**
     * 从用户处获取每个月的降雨量数据，并存储在一个数组中。
     * 不接受负数输入。
     * @param numberOfMonths 一年中的月份数。
     * @return 包含月度降雨量的double数组。
     */
    private static double[] getRainfall(int numberOfMonths) {
        String[] monthNames = { "一月", "二月", "三月", "四月", "五月", "六月", 
                                "七月", "八月", "九月", "十月", "十一月", "十二月" };
        double[] rainData = new double[numberOfMonths];
        Scanner keyboard = new Scanner(System.in);

        System.out.println("请输入每个月的降雨量（英寸）：");
        for (int i = 0; i < numberOfMonths; i++) {
            System.out.print("请输入" + monthNames[i] + "的降雨量: ");
            double input = keyboard.nextDouble();

            // 输入验证：不允许负数
            if (input < 0) {
                System.out.println("错误：降雨量不能为负数。请重新输入。");
                i--; // 重新提示当前月份的输入
            } else {
                rainData[i] = input;
            }
        }
        // keyboard.close(); // 在实际应用中，如果Scanner只在此方法中使用，可以在这里关闭。
                           // 但为了在main方法中可能继续使用System.in，通常不在库方法中关闭。
        return rainData;
    }

displayRainfall：展示月度降雨详情

此方法遍历降雨量数组，并以友好的格式打印每个月的降雨量。

    /**
     * 显示每个月的降雨量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     */
    private static void displayRainfall(double[] rain) {
        String[] monthNames = { "一月", "二月", "三月", "四月", "五月", "六月", 
                                "七月", "八月", "九月", "十月", "十一月", "十二月" };

        System.out.println("\n--- 月度降雨量详情 ---");
        for (int i = 0; i < rain.length; i++) {
            System.out.printf("%s的降雨量: %.2f 英寸\n", monthNames[i], rain[i]);
        }
    }

getTotalRainfall：计算全年总降雨量

此方法通过遍历数组并累加每个月的降雨量来计算总和。注意，此方法只负责计算并返回总和，不负责打印输出，打印任务由main方法完成。

    /**
     * 计算并返回全年的总降雨量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     * @return 全年总降雨量。
     */
    private static double getTotalRainfall(double[] rain) {
        double total = 0.0;
        for (double value : rain) {
            total += value;
        }
        return total;
    }

getAverageRainfall：计算月平均降雨量

计算平均值时，应调用getTotalRainfall方法获取总和，然后除以月份数。这样可以复用代码，并避免重复计算逻辑。

    /**
     * 计算并返回月平均降雨量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     * @return 月平均降雨量。
     */
    private static double getAverageRainfall(double[] rain) {
        // 复用 getTotalRainfall 方法获取总和
        double total = getTotalRainfall(rain);
        // 避免除以0的错误，尽管在此场景下月份数通常大于0
        if (rain.length == 0) {
            return 0.0;
        }
        return total / rain.length; // 使用数组长度作为月份数
    }

getRainfallAbove：统计超标月份

此方法遍历降雨量数组，统计降雨量超过给定阈值的月份数量。

    /**
     * 统计降雨量超过特定阈值的月份数量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     * @param threshold 降雨量阈值。
     * @return 降雨量超过阈值的月份数量。
     */
    private static int getRainfallAbove(double[] rain, double threshold) {
        int count = 0;
        for (double value : rain) {
            if (value > threshold) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }

完整程序示例

将上述所有方法整合到一个RainfallAnalyzer.java文件中，即可得到一个完整的、可运行的降雨量分析程序。

import java.io.IOException;
import java.util.Scanner;

public class RainfallAnalyzer {

    public static final int MONTHS = 12; // 定义常量表示一年中的月份数

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 获取降雨量数据
        double[] monthlyRainfall = getRainfall(MONTHS); 

        // 2. 显示每个月的降雨量
        displayRainfall(monthlyRainfall);

        // 3. 计算并显示全年总降雨量
        double totalRain = getTotalRainfall(monthlyRainfall);
        System.out.printf("\n全年总降雨量为: %.2f 英寸\n", totalRain);

        // 4. 计算并显示月平均降雨量
        double averageRain = getAverageRainfall(monthlyRainfall);
        System.out.printf("月平均降雨量为: %.2f 英寸\n", averageRain);

        // 5. 统计降雨量超过特定阈值的月份
        double threshold = 5.0; // 设定一个示例阈值
        int monthsAboveThreshold = getRainfallAbove(monthlyRainfall, threshold);
        System.out.printf("有 %d 个月的降雨量超过 %.2f 英寸\n", monthsAboveThreshold, threshold);
    }

    /**
     * 从用户处获取每个月的降雨量数据，并存储在一个数组中。
     * 不接受负数输入。
     * @param numberOfMonths 一年中的月份数。
     * @return 包含月度降雨量的double数组。
     */
    private static double[] getRainfall(int numberOfMonths) {
        String[] monthNames = { "一月", "二月", "三月", "四月", "五月", "六月", 
                                "七月", "八月", "九月", "十月", "十一月", "十二月" };
        double[] rainData = new double[numberOfMonths];
        Scanner keyboard = new Scanner(System.in);

        System.out.println("请输入每个月的降雨量（英寸）：");
        for (int i = 0; i < numberOfMonths; i++) {
            System.out.print("请输入" + monthNames[i] + "的降雨量: ");
            double input = keyboard.nextDouble();

            // 输入验证：不允许负数
            if (input < 0) {
                System.out.println("错误：降雨量不能为负数。请重新输入。");
                i--; // 重新提示当前月份的输入
            } else {
                rainData[i] = input;
            }
        }
        // 考虑Scanner的生命周期管理，在main方法中创建和关闭可能更合适，
        // 或者将其作为参数传递。这里为了简化，暂时不关闭。
        // keyboard.close(); 
        return rainData;
    }

    /**
     * 显示每个月的降雨量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     */
    private static void displayRainfall(double[] rain) {
        String[] monthNames = { "一月", "二月", "三月", "四月", "五月", "六月", 
                                "七月", "八月", "九月", "十月", "十一月", "十二月" };

        System.out.println("\n--- 月度降雨量详情 ---");
        for (int i = 0; i < rain.length; i++) {
            System.out.printf("%s的降雨量: %.2f 英寸\n", monthNames[i], rain[i]);
        }
    }

    /**
     * 计算并返回全年的总降雨量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     * @return 全年总降雨量。
     */
    private static double getTotalRainfall(double[] rain) {
        double total = 0.0;
        for (double value : rain) {
            total += value;
        }
        return total;
    }

    /**
     * 计算并返回月平均降雨量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     * @return 月平均降雨量。
     */
    private static double getAverageRainfall(double[] rain) {
        double total = getTotalRainfall(rain); // 复用 getTotalRainfall 方法
        if (rain.length == 0) {
            return 0.0;
        }
        return total / rain.length; 
    }

    /**
     * 统计降雨量超过特定阈值的月份数量。
     * @param rain 包含月度降雨量的double数组。
     * @param threshold 降雨量阈值。
     * @return 降雨量超过阈值的月份数量。
     */
    private static int getRainfallAbove(double[] rain, double threshold) {
        int count = 0;
        for (double value : rain) {
            if (value > threshold) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}

编程实践与注意事项

1. 方法职责单一原则（Single Responsibility Principle）: 每个方法只负责一项明确的任务。例如，getTotalRainfall只计算总和，不负责打印；displayRainfall只负责显示，不负责计算。这使得代码更易于理解、测试和维护。
2. 变量作用域: 避免使用全局静态变量来存储数据，除非确实有必要。在本例中，monthlyRainfall数组作为main方法中的局部变量，并通过方法参数传递，这是一种更好的实践，因为它限制了变量的可见性和修改范围，降低了程序复杂性。
3. 输入验证: 在接收用户输入时，进行必要的验证是至关重要的。例如，不允许负数降雨量可以防止数据错误。
4. 常量使用: 使用public static final修饰符定义常量（如MONTHS）可以提高代码的可读性和可维护性。如果需要修改月份数，只需修改一处。
5. 数据格式化输出: 使用System.out.printf()可以更灵活地控制输出格式，例如保留小数点后两位，使结果更清晰易读。
6. 代码复用: getAverageRainfall方法通过调用getTotalRainfall来获取总和，避免了重复编写求和逻辑，体现了代码复用的好处。

总结

通过本教程，我们学习了如何利用Java的方法和数组来构建一个功能完善的月度降雨量分析程序。这种结构化的编程方法不仅能有效管理复杂逻辑，还能通过清晰的职责划分和数据流管理，提高代码的质量和可维护性。掌握这些基本原则对于编写任何规模的Java应用程序都至关重要。

到这里，我们也就讲完了《Java降雨量统计教程详解》的内容了。个人认为，基础知识的学习和巩固，是为了更好的将其运用到项目中，欢迎关注golang学习网公众号，带你了解更多关于的知识点！