Java如何打印空心菱形？代码实现思路是什么？

理解空心菱形的结构特点

在开始编写Java代码之前,首先需要明确空心菱形的结构特征，空心菱形由上下两个对称的三角形组成，中间通过一条水平线连接，上半部分是一个倒三角形，下半部分是一个正三角形，且两者共享中间的一条水平线，菱形的每一行由空格和特定字符（如星号“*”）组成，空格的数量和星号的位置随着行数的变化而变化，关键在于确定每一行空格和星号的分布规律，确保菱形中间是空心的，即只有边界有星号，内部为空格。

分析菱形的行数与字符分布规律

假设菱形的总行数为n（通常为奇数，以确保对称性），我们可以将菱形分为上半部分（包括中间行）、下半部分和中间行三部分，以n=5为例，菱形结构如下：

观察可知,上半部分（前3行）的规律是：第i行（i从1开始）的空格数为(n//2 – i + 1)，星号数量为2（首尾各一个），中间用空格填充，下半部分（后2行）的规律与上半部分对称，空格数逐渐增加，星号位置逐渐靠近中心，中间行（第3行）的星号位于首尾，中间为空格。

编写Java代码的基本思路

基于上述分析,编写Java代码的核心思路是使用循环控制每一行的输出，具体步骤如下：

1. 确定菱形的行数：通常选择奇数，如5、7等，以确保对称性。
2. 循环遍历每一行：分为上半部分、中间行和下半部分三部分处理。
3. 计算每一行的空格和星号数量：根据当前行数确定空格和星号的位置。
4. 拼接字符串并输出：使用字符串拼接或循环输出空格和星号。

实现代码的上半部分

上半部分包括从第一行到中间行的所有行,以n=5为例，上半部分为前3行，对于第i行（i从1到n//2 + 1），空格数为(n//2 – i + 1)，星号数量为2（首尾各一个），中间用空格填充，代码实现如下：

for (int i = 1; i <= n / 2 + 1; i++) {
    // 打印前导空格
    for (int j = 1; j <= n / 2 - i + 1; j++) {
        System.out.print(" ");
    }
    // 打印星号和中间空格
    System.out.print("*");
    if (i != n / 2 + 1) { // 中间行不打印中间空格
        for (int j = 1; j <= 2 * i - 1; j++) {
            System.out.print(" ");
        }
    }
    System.out.println("*");
}

实现代码的下半部分

下半部分包括从中间行+1到最后一行的所有行，以n=5为例，下半部分为后2行，对于第i行（i从n/2 + 2到n），空格数为(i – n/2 – 1)，星号数量为2（首尾各一个），中间用空格填充，代码实现如下：

for (int i = n / 2 + 2; i <= n; i++) {
    // 打印前导空格
    for (int j = 1; j <= i - n / 2 - 1; j++) {
        System.out.print(" ");
    }
    // 打印星号和中间空格
    System.out.print("*");
    for (int j = 1; j <= 2 * (n - i) + 1; j++) {
        System.out.print(" ");
    }
    System.out.println("*");
}

完整代码示例与优化

将上述两部分代码合并,并添加用户输入行数的功能，可以得到完整的Java程序，以下是优化后的完整代码：

import java.util.Scanner;
public class HollowDiamond {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入菱形的行数（奇数）：");
        int n = scanner.nextInt();
        if (n % 2 == 0) {
            System.out.println("请输入奇数！");
            return;
        }
        // 上半部分
        for (int i = 1; i <= n / 2 + 1; i++) {
            for (int j = 1; j <= n / 2 - i + 1; j++) {
                System.out.print(" ");
            }
            System.out.print("*");
            if (i != n / 2 + 1) {
                for (int j = 1; j <= 2 * i - 1; j++) {
                    System.out.print(" ");
                }
            }
            System.out.println("*");
        }
        // 下半部分
        for (int i = n / 2 + 2; i <= n; i++) {
            for (int j = 1; j <= i - n / 2 - 1; j++) {
                System.out.print(" ");
            }
            System.out.print("*");
            for (int j = 1; j <= 2 * (n - i) + 1; j++) {
                System.out.print(" ");
            }
            System.out.println("*");
        }
    }
}

代码逻辑的详细解释

1. 输入处理：使用Scanner类获取用户输入的行数，并检查是否为奇数，如果不是奇数，提示用户重新输入。
2. 上半部分循环：
   • 外层循环控制行数,从1到n/2 + 1（中间行）。
   • 第一个内层循环打印前导空格,数量为n/2 - i + 1。
   • 打印第一个星号,然后判断是否为中间行，如果不是，打印中间空格（数量为2 * i - 1），再打印第二个星号。
3. 下半部分循环：
   • 外层循环控制行数,从n/2 + 2到n。
   • 第一个内层循环打印前导空格,数量为i - n/2 - 1。
   • 打印第一个星号,然后打印中间空格（数量为2 * (n - i) + 1），再打印第二个星号。

测试与验证

为了验证代码的正确性,可以输入不同的奇数行数进行测试。

• 输入3,输出：

• 输入7,输出：

通过测试可以确认代码能够正确打印出空心菱形,且结构对称、边界清晰。

可能的优化与扩展

1. 使用StringBuilder优化字符串拼接：在循环中频繁使用System.out.print可能会影响性能，可以使用StringBuilder拼接字符串后一次性输出。
2. 支持自定义字符：可以修改代码，允许用户选择使用其他字符（如“#”、“+”等）代替星号。
3. 增加异常处理：对用户输入进行更严格的验证，如确保输入为正整数且为奇数。

通过分析空心菱形的结构特点,合理划分上下半部分，并利用循环控制空格和星号的输出位置，可以高效地用Java实现空心菱形的打印，关键在于理解菱形的对称性和每一行的字符分布规律，并通过循环和条件判断精确控制输出，完整的代码不仅实现了基本功能，还具备良好的可读性和可扩展性，为后续优化提供了基础。