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Java罗马数字转换器:基础实现与常见陷阱解析

聖光之護
发布: 2025-11-18 18:28:24
原创
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java罗马数字转换器:基础实现与常见陷阱解析

本教程详细介绍了如何在Java中实现罗马数字与整数之间的双向转换,特别关注了初学者常遇到的问题,如无限循环、对象状态不一致以及字符串比较的正确性。文章通过逐步分析和代码示例,指导读者使用基本的控制流结构构建一个健壮的转换器,无需依赖数组或映射等高级数据结构,帮助巩固Java编程基础。

1. RomanNumeral 类设计概览

在Java中实现罗马数字与整数的转换,通常会封装在一个类中,该类负责存储并管理这两种表示形式。我们定义一个 RomanNumeral 类,包含 romanNum (字符串类型) 和 decimalNum (整数类型) 两个私有成员变量,以及相应的构造函数、getter和setter方法。

package jfauvelle_G10_A04;

public class RomanNumeral {
    private String romanNum = "";
    private int decimalNum = 0;

    // 无参构造函数
    public RomanNumeral() {
        romanNum = "";
        decimalNum = 0;
    }

    // 接收罗马数字字符串的构造函数
    public RomanNumeral(String r) {
        // 在构造时进行转换,确保decimalNum也得到初始化
        this.romanNum = r;
        this.decimalNum = convertRomanToInteger(r);
    }

    // 接收整数的构造函数
    public RomanNumeral(int i) {
        // 在构造时进行转换,确保romanNum也得到初始化
        this.decimalNum = i;
        this.romanNum = convertIntegerToRoman(i);
    }

    // Getter和Setter方法
    public void setRomanNumeral(String r) {
        this.romanNum = r;
        // 关键:当设置罗马数字时,同时更新其对应的十进制值,保持对象状态一致
        this.decimalNum = convertRomanToInteger(r);
    }

    public String getRomanNumeral() {
        return romanNum;
    }

    public void setDecimalNumeral(int i) {
        this.decimalNum = i;
        // 关键:当设置十进制值时,同时更新其对应的罗马数字,保持对象状态一致
        this.romanNum = convertIntegerToRoman(i);
    }

    public int getDecimalNumeral() {
        return decimalNum;
    }

    // ... 转换方法将在后续章节详细介绍
}
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注意事项:

  • 构造函数和Setter方法中的状态同步:为了确保 RomanNumeral 对象的 romanNum 和 decimalNum 始终保持一致,当通过构造函数或 set 方法设置其中一个值时,必须同时调用相应的转换方法来更新另一个值。这是避免数据不一致的关键。

2. 整数到罗马数字的转换 (convertIntegerToRoman)

将整数转换为罗马数字通常采用“贪婪算法”。从最大的罗马数字值开始,只要当前整数大于或等于该值,就将对应的罗马字符添加到结果字符串中,并从整数中减去该值,重复此过程直到整数变为零。

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根据本教程的特定规则(例如,4 = IIII, 9 = VIIII,不考虑减法规则),转换逻辑相对直接。

    public String convertIntegerToRoman(int r) {
        int roman = r;
        String finalRoman = "";

        // 从大到小依次处理罗马数字值
        while (roman >= 1000) {
            finalRoman = finalRoman + "M";
            roman -= 1000;
        }

        while (roman >= 500) {
            finalRoman = finalRoman + "D";
            roman -= 500;
        }

        while (roman >= 100) {
            finalRoman = finalRoman + "C";
            roman -= 100;
        }

        while (roman >= 50) {
            finalRoman = finalRoman + "L";
            roman -= 50;
        }

        while (roman >= 10) {
            finalRoman = finalRoman + "X";
            roman -= 10;
        }

        while (roman >= 5) {
            finalRoman = finalRoman + "V";
            roman -= 5;
        }

        while (roman >= 1) {
            finalRoman = finalRoman + "I";
            roman -= 1;
        }

        return finalRoman;
    }
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这段代码逻辑清晰,通过一系列 while 循环确保了整数被正确地分解并转换为罗马数字。

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3. 罗马数字到整数的转换 (convertRomanToInteger)

将罗马数字字符串转换为整数需要遍历字符串中的每个字符,并根据其代表的数值进行累加。这是初学者最容易出错的部分,特别是循环和条件判断的运用。

3.1 常见陷阱:无限循环与数组越界

在原始代码中,convertRomanToInteger 方法存在两个主要问题:

  1. 无限循环 (while 误用为 if):在 for 循环内部,使用了多个 while (decimal.charAt(i) == 'M') 这样的结构。如果 decimal.charAt(i) 是 'M',那么这个 while 循环将永远为真,导致程序陷入无限循环,因为 i 的值在 while 循环内部并未改变。
  2. 数组越界 (for 循环条件错误):for (int i = 0; i <= decimal.length(); i++) 循环条件会使得当 i 等于 decimal.length() 时,尝试访问 decimal.charAt(decimal.length()),这会导致 StringIndexOutOfBoundsException,因为字符串的有效索引范围是 0 到 length() - 1。

3.2 解决方案

为了解决上述问题,我们需要进行以下修正:

  1. 将 for 循环内部的 while 语句改为 if 语句。每个字符只需要判断一次其值,并累加到总数中。
  2. 将 for 循环的条件从 i <= decimal.length() 改为 i < decimal.length()。
    private int convertRomanToInteger(String n) {
        String romanStr = n; // 使用更具描述性的变量名
        int finalDecimal = 0;

        // 修正:循环条件应为 i < romanStr.length()
        for (int i = 0; i < romanStr.length(); i++) {
            char currentChar = romanStr.charAt(i); // 获取当前字符

            // 修正:将while循环改为if条件判断
            if (currentChar == 'M') {
                finalDecimal += 1000;
            } else if (currentChar == 'D') { // 使用else if 提高效率,避免不必要的判断
                finalDecimal += 500;
            } else if (currentChar == 'C') {
                finalDecimal += 100;
            } else if (currentChar == 'L') {
                finalDecimal += 50;
            } else if (currentChar == 'X') {
                finalDecimal += 10;
            } else if (currentChar == 'V') {
                finalDecimal += 5;
            } else if (currentChar == 'I') {
                finalDecimal += 1;
            }
            // 如果遇到不识别的字符,这里可以添加错误处理逻辑
        }
        return finalDecimal;
    }
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4. 测试用例与字符串比较

编写测试用例是验证代码正确性的重要步骤。在Java中,比较字符串内容时,应始终使用 .equals() 方法,而不是 == 运算符。== 运算符比较的是两个字符串对象的引用地址,而 .equals() 比较的是它们的内容。

public class RomanNumeralCalculatorTestCase {

    public static void main(String[] args) {
        boolean working = true;

        // 测试空构造函数和setter
        RomanNumeral case1 = new RomanNumeral();
        case1.setRomanNumeral("XVI"); // 设置罗马数字,内部会转换为十进制
        // 修正:字符串比较使用 .equals()
        if (!case1.getRomanNumeral().equals("XVI")) {
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Roman numeral was not set properly. It is " + case1.getRomanNumeral()
                    + ". It should be XVI");
        }
        // 验证十进制值是否同步更新
        if (case1.getDecimalNumeral() != 16) { // XVI = 16
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Decimal number was not updated properly after setting Roman. It is " + case1.getDecimalNumeral()
                    + ". It should be 16");
        }

        case1.setDecimalNumeral(2004); // 设置十进制,内部会转换为罗马数字
        if (case1.getDecimalNumeral() != 2004) {
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Decimal number was not set properly. It is " + case1.getDecimalNumeral()
                    + ". It should be 2004");
        }
        // 验证罗马数字是否同步更新 (2004 = MMIIII)
        if (!case1.getRomanNumeral().equals("MMIIII")) { // 根据本教程规则 2004 = MMIIII
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Roman numeral was not updated properly after setting Decimal. It is " + case1.getRomanNumeral()
                    + ". It should be MMIIII");
        }


        // 测试整数构造函数
        RomanNumeral case2 = new RomanNumeral(1000);
        String s = "M";
        if (!(case2.getRomanNumeral().equals(s))) { // 修正:字符串比较使用 .equals()
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Roman numeral from int constructor is incorrect. It is " + case2.getRomanNumeral()
                    + ", it should be M.");
        }
        if (case2.getDecimalNumeral() != 1000) {
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Decimal number from int constructor is incorrect. It is " + case2.getDecimalNumeral()
                    + ". It should be 1000");
        }

        // 测试字符串构造函数
        RomanNumeral case3 = new RomanNumeral("M");
        if (case3.getDecimalNumeral() != 1000) {
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Decimal number from string constructor is incorrect. It is " + case3.getDecimalNumeral()
                    + ". It should be 1000");
        }
        if (!case3.getRomanNumeral().equals("M")) { // 修正:字符串比较使用 .equals()
            working = false;
            System.err.println("ERROR: Roman numeral from string constructor is incorrect. It is " + case3.getRomanNumeral()
                    + ". It should be M");
        }

        if (working)
            System.out.print("Congratz ! The test case work !");
    }
}
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总结

通过本教程,我们学习了如何在Java中实现一个基本的罗马数字与整数转换器,并解决了初学者常犯的几个错误:

  1. 罗马数字到整数转换中的无限循环:将 while 循环替换为 if 或 else if 语句,确保每个字符只被处理一次。
  2. 字符串遍历的数组越界:将 for 循环条件从 i <= length() 更正为 i < length(),以避免访问无效索引。
  3. 对象状态不一致:在 set 方法和构造函数中,确保当一个值被设置时,其对应的另一个值也通过转换方法同步更新,从而保持对象内部状态的完整性。
  4. Java字符串比较:始终使用 .equals() 方法比较字符串的内容,而不是 == 运算符。

掌握这些基础知识和常见的编程陷阱,对于编写健壮、可维护的Java代码至关重要。

以上就是Java罗马数字转换器:基础实现与常见陷阱解析的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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