使用 for 循环在 Java 中创建三角形

1. 简介

本文将介绍几种在 Java 中打印三角形的实现方式。

三角形的类型有很多，但这里我们只聚焦两种常见的：直角三角形 和 等腰三角形。这两种在算法练习和面试题中出现频率较高，掌握它们的打印逻辑能帮你避开一些“看似简单却踩坑”的问题。

2. 打印直角三角形

直角三角形是最基础的形态。目标输出如下：

*
**
***
****
*****

观察规律：

共 N 行（示例中 N = 5）
第 r 行有 r 个星号 ✅

也就是说：每行打印的星号数量等于当前行号。

实现思路非常简单粗暴：使用嵌套 for 循环，外层控制行数，内层控制每行星号数量。

public static String printARightTriangle(int N) {
    StringBuilder result = new StringBuilder();
    for (int r = 1; r <= N; r++) {
        for (int j = 1; j <= r; j++) {
            result.append("*");
        }
        result.append(System.lineSeparator());
    }
    return result.toString();
}

⚠️ 注意：使用 StringBuilder 拼接字符串是最佳实践，避免在循环中使用 + 拼接造成性能问题。

3. 打印等腰三角形

等腰三角形稍微复杂一点，目标输出如下：

    *
   ***
  *****
 *******
*********

关键点在于：每一行不仅要打印星号，还要在前面补上适当数量的空格，才能实现居中对齐的视觉效果。

我们来拆解一下每行的构成：

行号 `r`	空格数	星号数
1	4	1
2	3	3
3	2	5
4	1	7
5	0	9

可以归纳出规律：

空格数 = N - r ✅
星号数 = 2 * r - 1 ✅

3.1 使用嵌套 for 循环

基于上述公式，我们可以写出标准解法：

public static String printAnIsoscelesTriangle(int N) {
    StringBuilder result = new StringBuilder();
    for (int r = 1; r <= N; r++) {
        for (int sp = 1; sp <= N - r; sp++) {
            result.append(" ");
        }
        for (int c = 1; c <= (r * 2) - 1; c++) {
            result.append("*");
        }
        result.append(System.lineSeparator());
    }
    return result.toString();
}

✅ 优点：逻辑清晰，易于理解
❌ 缺点：嵌套层数多，代码略显冗长

3.2 使用单层 for 循环 + StringUtils

我们可以借助 Apache Commons Lang 3 提供的 StringUtils.repeat() 方法简化代码。

这个方法可以重复生成指定字符，比如 StringUtils.repeat('*', 5) 返回 "*****"。

public static String printAnIsoscelesTriangleUsingStringUtils(int N) {
    StringBuilder result = new StringBuilder();

    for (int r = 1; r <= N; r++) {
        result.append(StringUtils.repeat(' ', N - r));
        result.append(StringUtils.repeat('*', 2 * r - 1));
        result.append(System.lineSeparator());
    }
    return result.toString();
}

✅ 优点：代码简洁，可读性强
⚠️ 注意：需引入依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.12.0</version>
</dependency>

3.3 使用 substring 技巧

更“骚”的一种写法是预构建一个“辅助字符串”，然后通过 substring() 截取所需部分。

思路如下：

构建一个包含最多空格和最多星号的字符串
每一行从该字符串中截取对应片段

例如当 N = 5 时：

最多需要 N - 1 = 4 个空格
最多需要 2 * N - 1 = 9 个星号
构建 helperString = " *********"（4空格+9星号）

然后通过 substring(r, N + 2 * r) 定位每行起始和结束位置。

完整实现：

public static String printAnIsoscelesTriangleUsingSubstring(int N) {
    StringBuilder result = new StringBuilder();
    String helperString = StringUtils.repeat(' ', N - 1) + StringUtils.repeat('*', N * 2 - 1);

    for (int r = 0; r < N; r++) {
        result.append(helperString.substring(r, N + 2 * r));
        result.append(System.lineSeparator());
    }
    return result.toString();
}

✅ 优点：只用一个循环，代码紧凑
⚠️ 缺点：可读性较差，需要花时间理解下标计算逻辑

💡 小技巧：这种“预构建+截取”的模式在某些性能敏感场景下反而更快，因为避免了多次字符串拼接。

4. 复杂度分析

我们来对比三种实现的时间和空间复杂度。

时间复杂度

方法1 & 2（嵌套循环）：外层 N 次，内层平均 O(N)，总时间复杂度为 O(N²)
方法3（StringUtils / substring）：虽然只有单层循环，但 repeat() 和 substring() 内部操作都是 O(N)，因此总时间复杂度仍为 O(N²)

❗ 结论：没有银弹，三种方法时间复杂度一致。

空间复杂度

StringBuilder 存储结果：最终要拼出整个三角形，字符总数约为 N²/2，因此空间复杂度为 O(N²)
如果直接打印（不返回字符串）：
- 方法1 & 2：O(1) 辅助空间
- 方法3：由于 helperString 长度为 O(N)，空间复杂度为 O(N)

📌 总结： | 方法 | 时间复杂度 | 空间复杂度（返回字符串） | 空间复杂度（直接打印） | |------|------------|--------------------------|------------------------| | 嵌套 for | O(N²) | O(N²) | O(1) | | StringUtils | O(N²) | O(N²) | O(N) | | substring | O(N²) | O(N²) | O(N) |

5. 总结

本文系统地介绍了在 Java 中打印两种常见三角形的方法：

直角三角形：逻辑最简单，适合初学者快速上手。
等腰三角形：
- 标准解法：嵌套 for 循环，控制空格和星号数量
- 优化解法：借助 StringUtils.repeat() 减少代码量
- 黑科技解法：用 substring 截取预构建字符串，适合炫技或性能优化

虽然这些题目看起来像是“玩具代码”，但在实际开发中，类似的字符串格式化、日志对齐、CLI 工具界面渲染等场景都有潜在应用价值。

🔗 所有示例代码已托管至 GitHub：https://github.com/tech-tutorial/triangle-examples

Persistence

REST

Security