Java 函數編程詳細介紹

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前言：

函數式編程是一種編程范式，其中程序是通過應用和組合函數來構造的。它是一種聲明式編程范式，其中函數定義是表達式樹，每個表達式樹返回一個值，而不是一系列改變程序狀態的命令語句

Java8引入瞭Lambda形式的函數式編程。術語Lambda來自Lambda演算，用於描述計算。

一、函數編程Lambda

我們可以將lambda表達式視為一個匿名函數，可以將其分配給變量並傳遞給方法，該方法接受函數接口作為參數。Lambda表達式沒有名稱，但它有一個參數列表、一個主體和一個返回類型。

(parameters) -> expression

lambda表達式可以在函數接口的上下文中使用。

1、接口

函數接口是隻指定一個抽象方法的接口。

public interface Comparator<T> {                           
    int compare(T o1, T o2);
}
public interface Runnable {                                
    void run();
}

Lambda表達式允許我們直接內聯提供函數接口的抽象方法的實現，並將整個表達式視為函數接口的實例。

函數描述符：

我們將函數接口的抽象方法的簽名稱為函數描述符。函數描述符描述lambda表達式的簽名。例如，我們可以將Runnable的函數描述符看作（）->void，因為它有一個抽象方法，不接受任何內容，也不返回任何內容（void）。

二、Java函數接口

1、Predicate

Predicate<T>接口定義瞭一個名為test的抽象方法，該方法接受一個泛型類型為T的對象並返回一個佈爾值。此接口可用於表示使用T類型對象的佈爾表達式。

函數描述符： T->boolean

@FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
    boolean test(T t);
}

2、Consumer

java.util.function.Consumer<T>接口定義瞭一個名為accept的抽象方法，該方法接受一個泛型類型為T的對象，並且不返回任何結果（void）。當我們需要訪問T類型的對象並對其執行某些操作時，可以使用此接口。

函數描述符： T->void

3、Function

java.util.function.function<T，R>接口定義瞭一個名為apply的抽象方法，該方法將一個泛型類型為T的對象作為輸入，並返回一個泛型類型為R的對象。當我們需要定義一個lambda將信息從輸入對象映射到輸出時，可以使用該接口。

函數描述符： T->R

4、Supplier

接口java.util.function.Supplier<T>定義瞭一個名為get的抽象方法，該方法不接受任何內容並返回類型為T的對象。

函數描述符： （）->R

Primitive Specializations

原語接口是專用接口，用於在輸入或輸出為原語時避免自動裝箱操作。

public interface IntPredicate {
    boolean test(int t);
}

三、類型檢查

lambda的類型是從使用lambda的上下文中推導出來的。上下文中lambda表達式所需的類型（例如，傳遞給它的方法參數或分配給它的局部變量）稱為目標類型。Lambda表達式可以從賦值上下文、方法調用上下文（參數和返回）和強制轉換上下文中獲取其目標類型。

Object o = (Runnable) () -> System.out.println("Hello");

1、Capturing Lambda

lambda可以不受限制地捕獲（在其主體中引用）實例變量和靜態變量。但是當捕獲局部變量時，它們必須顯式地聲明為final或實際上是final。

我們為何有這個限制？

實例變量存儲在堆上，而局部變量位於堆棧上。如果lambda可以直接訪問局部變量，並且lambda在線程中使用，那麼使用lambda的線程可以在分配變量的線程解除分配變量後嘗試訪問該變量。因此，Java將對自由局部變量的訪問實現為對其副本的訪問，而不是對原始變量的訪問。如果局部變量隻分配給一次，則這沒有什麼區別，因此存在限制。

四、方法引用

有三種主要的方法參考：

  •    對靜態方法的方法引用。例如，–Integer:：parseInt
  • 對任意類型的實例方法的方法引用。示例–String::length
  • 對現有對象或表達式的實例方法的方法引用。示例–student:：getRank，其中student是具有方法getRank的student類型的局部變量
List<String> list = Arrays.asList("a","b","A","B");
list.sort((s1, s2) -> s1.compareToIgnoreCase(s2));

可以寫成

List<String> list = Arrays.asList("a","b","A","B");
list.sort(String::compareToIgnoreCase);

1、構造函數引用

可以使用ClassName:：new引用現有構造函數

Supplier<List<String>> supplier = ArrayList::new；與Supplier<List<String>> supplier = () -> new ArrayList<>()相同；

2、組合Lambda

許多函數接口包含可用於組合lambda表達式的默認方法。組合示例-

將兩個謂詞組合成一個較大的謂詞，在兩個謂詞之間執行or操作
反向或鏈式比較器

3、Comparators

按逆序排列學生

Comparator<Student> c = Comparator.comparing(Student::getRank);
students.sort(comparing(Student::getRank).reversed());

根據姓名（反向）對學生進行排序，然後按反向順序排列

students.sort(comparing(Student::getName).reversed()
        .thenComparing(Student::getRank)); 
Predicates

Predicates接口包括三個方法：negate, and, 和 or，可用於創建更復雜的謂詞。

Predicate<Integer> naturalNumber = i -> i > 0;                                     
Predicate<Integer> naturalNumberLessThanHundred = naturalNumber.and( i -> i < 100);

4、Functions

函數接口帶有兩個默認方法，andThen和compose。

Consider f(x) = x2 and g(x) = x3 + 1 then

g(f(x)) ->

Function<Integer,Integer> square = n -> n*n;                         
Function<Integer,Integer> squareAndCube = square.andThen(n -> n*n*n+1);
System.out.println(squareAndCube.apply(2));  
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f(g(x)) ->

Function<Integer,Integer> square = n -> n*n;                              
Function<Integer,Integer> squareAndCube = square.compose(n -> n*n*n + 1); 
System.out.println(squareAndCube.apply(2));

應用Lambda

讓我們看看如何編寫一個通用方法來根據veratain屬性過濾一組書籍（將其視為sql的where子句）。

public static List<Book> filter(Predicate<Book> where) {                
  List<Book> books = Catalogue.books();                                 
  return books.stream().filter(where).collect(Collectors.toList());     
}

Lambda表達式通過不同的過濾器過濾不同的書籍

List<Book> javaBook = filter(book -> book.getCategory().equals(JAVA));               
List<Book> joshuaBlochBook = filter(book -> book.getAuthor().equals("Joshua Bloch"));

五、總結

lambda表達式可以被認為是一個匿名函數，可以在函數接口的上下文中使用。函數接口是隻指定一個抽象方法的接口。

到此這篇關於Java函數式編程詳情的文章就介紹到這瞭,更多相關Java函數式編程內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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