你好！作为一个编程爱好者，你是否在刚开始学习循环和条件判断时，遇到过打印各种图案的挑战？今天，我们将深入探讨一个经典且非常有教学意义的编程练习：打印空心矩形或正方形星形图案。
这不仅仅是一个打印字符的简单任务，它实际上是我们理解二维数组逻辑、嵌套循环控制以及边界条件判断的绝佳切入点。在这篇文章中，我们将带你从零开始，一步步拆解这个问题的解决思路，并结合 2026 年最新的开发趋势，探讨如何用现代工程化的思维来看待这个古老的算法问题。
视觉化目标与核心逻辑
首先，让我们明确一下目标。我们需要编写一个程序，能够根据用户给定的行数和列数，打印出由星号（*）组成的矩形，但这个矩形必须是“空心”的。也就是说，只有边缘是星号，中间部分是空的。
假设我们希望打印一个 6 行 20 列的空心矩形，预期的输出结果应该如下所示：
********************
* *
* *
* *
* *
********************
算法解析：画框法
要实现这个效果，我们不能只是简单地在每一行打印星号。我们需要利用嵌套循环和条件判断来精确定位每一个字符的位置。
我们可以把输出区域看作一个二维坐标系。外层循环控制行（INLINECODE2899ddb8），内层循环控制列（INLINECODEb97cf672）。对于每一个位置 INLINECODEed94955a，我们需要决定它是打印星号（INLINECODEb7a80fbe）还是空格（ ）。
规则非常简单：一个星号被打印出来，当且仅当它位于矩形的“边界”上。 具体来说，满足以下四个条件中的任意一个即可：
- 第一行：
i == 1 - 最后一行：
i == rows - 第一列：
j == 1 - 最后一列：
j == columns
只要满足上述任意条件，我们就打印星号；否则，我们打印空格。这就是所谓的“画框法”。
经典实现：多语言代码对照
为了让你能够熟练掌握这种逻辑，我们准备了 C++、Java 和 Python 这三种主流语言的代码示例。你会发现，虽然语法不同，但核心逻辑是完全相通的。
1. C++ 实现 (标准逻辑)
C++ 以其高效和灵活性著称，非常适合用来理解底层逻辑。
#include
using namespace std;
void print_rectangle(int n, int m) {
int i, j;
for (i = 1; i <= n; i++) {
for (j = 1; j <= m; j++) {
// 核心判断：边界检查
if (i == 1 || i == n || j == 1 || j == m)
cout << "*";
else
cout << " ";
}
cout << endl;
}
}
int main() {
int rows = 6, columns = 20;
print_rectangle(rows, columns);
return 0;
}
2. Python 实现 (简洁优雅)
Python 以简洁优雅著称，我们可以用非常少的行数实现同样的功能，尤其是利用 Python 的 end="" 来防止自动换行。
def print_rectangle(n, m):
for i in range(1, n + 1):
for j in range(1, m + 1):
if (i == 1 or i == n or j == 1 or j == m):
print("*", end="")
else:
print(" ", end="")
print()
rows, columns = 6, 20
print_rectangle(rows, columns)
3. JavaScript 实现 (Web 环境)
JavaScript 是 Web 开发的核心。在浏览器环境中，我们需要使用 INLINECODEe675b536 并配合 HTML 标签（如 INLINECODE7a6ac55b 和 ）来控制格式，这与控制台输出略有不同。
function print_rectangle(n, m) {
var i, j;
for (i = 1; i <= n; i++) {
for (j = 1; j <= m; j++) {
if (i == 1 || i == n || j == 1 || j == m)
document.write("*");
else
document.write(" "); // HTML 空格
}
document.write("
");
}
}
var rows = 6, columns = 20;
print_rectangle(rows, columns);
2026 前沿视角：从算法到生产级代码
随着我们步入 2026 年，编程的语境已经发生了深刻的变化。现在，我们不仅仅是在写算法，更是在构建健壮、可维护且智能的软件系统。让我们用现代工程的视角重新审视这个简单的练习。
1. 代码生成与 AI 辅助开发
在现代工作流中，打印星号图案这类基础逻辑通常是自动生成的。你可能正在使用 Cursor、Windsurf 或 GitHub Copilot 等 AI IDE。
当我们把这个问题抛给 2026 年的 AI 助手时，我们不再仅仅是问“怎么写”，而是通过自然语言描述意图。这种Vibe Coding（氛围编程）模式允许我们专注于业务逻辑，而非语法细节。然而，作为专业开发者，我们必须理解其背后的原理，以便在 AI 生成的代码出现偏差时进行调试和优化。
2. 输入验证与防御性编程
经典教程往往忽略了一个关键点：如果用户输入了负数或 0 怎么办？ 在生产环境中，未经验证的输入会导致程序崩溃或产生未定义行为。让我们升级我们的 Python 代码，加入 2026 年标准的数据验证逻辑。
#### Python 生产级实现
在这个版本中，我们加入了类型提示 和异常处理，这是现代 Python 开发的标配。
def print_rectangle_safe(rows: int, cols: int) -> None:
"""
打印空心矩形，包含输入验证和防御性编程逻辑。
Args:
rows (int): 行数
cols (int): 列数
Raises:
ValueError: 如果输入尺寸小于 1
"""
# 1. 输入验证：确保逻辑成立
if rows < 1 or cols < 1:
raise ValueError("尺寸必须大于或等于 1")
# 2. 边界特殊处理：优化单行或单列的情况
for i in range(rows):
for j in range(cols):
# 使用 0-based 索引逻辑
is_top_or_bottom = i == 0 or i == rows - 1
is_left_or_right = j == 0 or j == cols - 1
if is_top_or_bottom or is_left_or_right:
print("*", end="")
else:
print(" ", end="")
print()
# 测试调用
try:
print_rectangle_safe(6, 20)
except ValueError as e:
print(f"错误: {e}")
3. 性能优化策略：从 O(N*M) 到 O(N)
在处理大规模图形渲染（比如在终端中打印巨大的地图或矩阵）时，I/O 操作往往是性能瓶颈。之前的算法中，我们对每个点都进行了一次打印操作，时间复杂度内的 I/O 开销是 $O(N \times M)$。
我们可以通过空间换时间或字符串构建的方式来优化。现代语言通常对字符串拼接有高度优化。让我们重构逻辑：不再逐个字符打印，而是逐行构建字符串。
#### 优化后的逻辑
- 第一行和最后一行：直接构造包含
m个星号的字符串。 - 中间行：构造 INLINECODE75b25bac 个星号 + INLINECODEeb661f19 个空格 +
1个星号。
这样，I/O 调用次数减少到了 $O(N)$（行数），在处理大数据量时性能提升显著。
def print_rectangle_optimized(n, m):
if n < 1 or m 2:
middle_content = "*" + " " * (m - 2) + "*"
else:
# 窄边框处理
middle_content = "*" * m
# 输出
print(horizontal_border)
for _ in range(n - 2):
print(middle_content)
if n > 1:
print(horizontal_border)
print_rectangle_optimized(6, 20)
进阶应用与职业发展
理解这种“画框”逻辑不仅仅是新手练习，它是许多高级计算机图形学和游戏开发概念的基础。
- 游戏地图生成：在开发 Roguelike 游戏时，生成房间或迷宫的墙壁本质上就是更复杂的“画框”算法。
- GUI 开发：当你使用 CSS 设置
border: 1px solid black或在 Canvas 中绘制矩形时，底层的渲染引擎正在运行成千上万次类似的边界判断运算。 - 图像处理：卷积核在处理图像边缘时，也需要判断像素点是否处于边界，这与我们这里的
if (i == 0 || i == n-1)逻辑同出一辙。
总结
在这篇文章中，我们从经典的循环控制出发，一直探讨到了 2026 年的代码健壮性和性能优化。
关键要点回顾：
- 核心逻辑：利用嵌套循环和边界条件判断（INLINECODE6a71f30a, INLINECODEf80a5ebc, INLINECODEa1317c8f, INLINECODE146233a4）来控制输出。
- 现代思维：不仅要写出能运行的代码，还要考虑输入验证（防御性编程）和 I/O 性能优化。
- 工具进化：虽然 AI 可以帮我们生成这些代码，但理解其背后的原理是我们与技术对话的基础。
希望这篇文章不仅帮助你学会了打印星号，更启发了你对代码质量的思考。你可能会遇到这样的情况：在未来的一个高并发后端服务中，你需要优化一个数据报表的格式化输出，届时，今天讨论的“字符串拼接优于循环打印”的思路将会派上大用场。快乐编码！