《回炉重造》——Lambda表达式

时间：2022-11-27 07:11:40

前言

Lambda 表达式（Lambda Expression），相信大家对 Lambda 肯定是很熟悉的，毕竟我们数学上经常用到它，即 λ 。不过，感觉数学中的 Lambda 和编程语言中的 Lambda 表达式没啥关系，要说有关系就是都有 Lambda 这个词，噢！当然还有一个关系就是 Lambda 演算。

λ 演算（英语：lambda calculus，λ-calculus）是一套从数学逻辑中发展，以变量绑定和替换的规则，来研究函数如何抽象化定义、函数如何被应用以及递归的形式系统。它由数学家阿隆佐·邱奇在20世纪30年代首次发表。lambda演算作为一种广泛用途的计算模型，可以清晰地定义什么是一个可计算函数，而任何可计算函数都能以这种形式表达和求值，它能模拟单一磁带图灵机的计算过程。

回到编程语言这方面，其实不只是 Java 引入了这个 Lambda 表达式，其他编程语言也有，比如 C++、Javascript、Python 等等。当然，本篇文章回顾的是 Java 中的 Lambda 表达式。

作为一个初学者，下面对于 Lambda 的理解肯定不够严谨，甚至可能包含错误，望观众老爷们能在评论区指出！

为什么要学这个 Lambda 表达式？

  1. Java 8 的新特性，简化代码的编写。
  2. 工作中会用到，防止看不懂别人写的代码。
  3. 大家都学我也学。

什么是 Lambda 表达式？

Lambda 表达式是一个匿名函数，换句话说，你有匿名函数，那么它这个函数就是所谓的 Lambda 表达式。

所谓匿名函数，顾名思义，就是没有函数名的函数。

那么肯定有小伙伴会说，没有函数名，那我怎么调用这个函数啊？

是的，这个问题问得很好，先保持这个疑问！在回答这个问题之前，我先来说说另一个概念——「函数式编程」。

什么是函数式编程？

函数式编程是一种编程范式，除此之外，还有声明式编程、命令式编程，也都是编程范式。

好吧，这里又扯出一个新的专业名词——「编程范式（Programming Paradigm）」。范式？相信正在阅读的你，在学习数据库知识的时候，肯定学过第一范式、第二范式、第三范式，那现在又有一个编程范式，这是什么鬼？

百度百科是这样说的：

编程范型、编程范式或程序设计法（英语：Programming paradigm），（范即模范、典范之意，范式即模式、方法），是一类典型的编程风格，是指从事软件工程的一类典型的风格（可以对照方法学）。如：函数式编程、程序编程、面向对象编程、指令式编程等等为不同的编程范型。

是不是太官方了，没关系，简单理解，我认为知道函数式编程是一种写代码时的风格就OK了。

我们需要注意的是，函数式编程中的「函数」二字，是数学上的函数，并不是我们现在习惯理解的函数，也就是说，这是纯纯数学概念上的函数，即自变量的映射，比如 $y = f(x)$，自变量 $x$，通过函数 $f$ 映射成 $y$ 。

函数式编程和 Lambda 表达式有什么关系？

可以说，函数式编程允许使用一种表达式来表示一个函数，这种表达式就是 Lambda 表达式。

在 Java 中，函数式编程是通过一个接口规范来实现的，接口具有这种特点：

  • 该接口有且只有一个抽象方法
  • 该接口使用 @FunctionalInterface 注解进行标识

具有这个特点的接口称为「函数式接口」。

现在，回到最开始说的，「没有函数名，那我怎么调用这个函数啊？」，这就是函数式接口的用途了，接口中只有一个抽象方法，不用指定方法名称，就能够用 Lambda 表达式来调用这个函数（方法）了，不需要知道函数名就能够实现调用。好比想在某个房间（接口）找个人（方法）来做事，我这个房间只有一个人，那么除了这个人，没有其他人可以来做事了，就不需要指定那谁谁谁过来帮忙，而是直接喊：就决定是你了！（这个比喻可能也不是很恰当，当大概意思是这样哈哈哈）

函数式接口

Comparator

我们可以看看 Comparator 接口，它有 @FunctionalInterface 注解，那么可以肯定它是一个函数式接口。

@FunctionalInterface
public interface Comparator<T> {
    
    int compare(T o1, T o2);
    
    boolean equals(Object obj);
    
    default Comparator<T> reversed() {
        return Collections.reverseOrder(this);
    }
    
    default Comparator<T> thenComparing(Comparator<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (Comparator<T> & Serializable) (c1, c2) -> {
            int res = compare(c1, c2);
            return (res != 0) ? res : other.compare(c1, c2);
        };
    }
    ...
}

有小伙伴应该要说了，这个接口这么多方法，为什么还能是函数式接口？

注意了啊，我们可以看到一个好像是抽象的 equals 方法，但是，因为 equals 是 Object 中的方法，这种对Object 类的方法的重新声明是会让方法变成一个具体的方法。所以，不要误会了，这里的抽象方法就只有 compare 方法。

那可能有小伙伴要说了，接口中还能有具体的方法？

是的，没错，在 Java 8 中，接口中可以写具体的方法了。比如上面的 reversed 和 thenComparing 方法，都是具体的方法。

常见的函数式接口

  • java.lang.Runnable
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
  • java.util.concurrent.Callable
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}
  • java.lang.reflect.InvocationHandler
@FunctionalInterface
public interface InvocationHandler {
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
        throws Throwable;
}

如何使用 Lambda 表达式？

在 Java 8 之前，我们使用 Collections 的需要比较器的 sort 方法，是这样的。

等等，忘了有比较器参数的 sort 方法了？没关系，代码给你贴上：

public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
    list.sort(c);
}

最开始的写法是这样的，由于 Comparator 是一个接口，不能直接实例化，所以需要一个类来实现这个接口作为真正的比较器类，然后将这个 Comparator 实例对象作为 sort 方法第二个参数传入，实现排序，如下：

public class KeyComparator implements Comparator<Integer> {
    @Override
    public int compare(Integer v1, Integer v2) {
        return v1 - v2;
    }
}

List<Integer> keys = Arrays.asList(9, 3, 5, 10, 2);
Collections.sort(keys, new KeyComparator());
System.out.println(keys);	// [2, 3, 5, 9, 10]

后来，这种写法比较麻烦，于是用匿名内部类改写这种写法，我们不需要自己去编写一个类来实现这个接口了，直接用匿名内部类。就是这种写法：

List<Integer> keys = Arrays.asList(9, 3, 5, 10, 2);
Collections.sort(keys, new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer v1, Integer v2) {
        return v1 - v2;
    }
});
System.out.println(keys);	// [2, 3, 5, 9, 10]

现在，匿名内部类比起 Lambda 表达式，也是麻烦，我们用 Lambda 进行改写：

List<Integer> keys = Arrays.asList(9, 3, 5, 10, 2);
Collections.sort(keys, (Integer v1, Integer v2) -> {return v1 - v2;});
System.out.println(keys);	// [2, 3, 5, 9, 10]

是吧，(Integer v1, Integer v2) -> {return v1 - v2;} 的写法，没有函数名，也能进行调用。

实际上，这样还不是最简的，最简的是这样：(v1, v2) -> v1 - v2

是不是很好奇啥时候能这样写？现在就告诉你！

基本语法

(参数类型 参数名) -> { 方法体 }

基本上，这样写，是不会有问题的。下面说说何时能写得更加简单。

为了便于阅读，下面的「方法」指的是函数式接口中的抽象方法

  • 方法没有参数，那么可以直接写小括号，然后箭头，再写中括号，最后写方法体，即 () -> { 方法体 }
  • 方法有多个参数，那么多个参数就用逗号分开，同时参数类型是可以省略的，即 (v1, v2, ...) -> {方法体}
  • 方法只有一个参数，那么小括号可以去掉，直接写参数名，然后箭头，再中括号和方法体，即 v -> {方法体}
  • 方法体只有一条语句，无论是否有返回值，都可以省略大括号、return 关键字及语句分号。

情况一：方法无参数、无返回值

常见的就是 Runnable 接口了。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
  • 未使用 Lambda（使用匿名内部类）：
new Thread(new Runnable() {
    @Override
    void run() {
        System.out.println("线程开始跑了");
    }
}).start();
  • 使用 Lambda：
// 写法一
new Thread(() -> {
    System.out.println("线程开始跑了")
}).start();
// 写法二，一条语句，那么省略大括号、return 关键字及语句分号
new Thread(() -> System.out.println("线程开始跑了")).start();

情况二：方法无参数，有返回值

例子：Callable 接口

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}
  • 未使用 Lambda（使用匿名内部类）：
FutureTask<String> stringFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        return "这里是返回值";
    }
});
stringFutureTask.run();
System.out.println(stringFutureTask.get());
  • 使用 Lambda：
// 一条语句，省略大括号、return 关键字及语句分号
FutureTask<String> stringFutureTask = new FutureTask<>(() -> "这里是返回值");
stringFutureTask.run();
System.out.println(stringFutureTask.get());

情况三：方法一个参数、有返回值

我随便找了 JDK 中的一个接口，如下：

@FunctionalInterface
interface Recognizer {
    boolean recognize(int c);
}
  • 未使用 Lambda（使用匿名内部类）：
private final Recognizer A = new Recognizer() {
    @Override
    public boolean recognize(int c) {
        return c == 'a' || c == 'A';
    }
}
  • 使用 Lambda：
private final Recognizer A = (c) -> c == 'a' || c == 'A';

// 一个参数，可省略小括号
private final Recognizer A = c -> c == 'a' || c == 'A';

情况四：方法多个参数、有返回值

直接举 Comparator 这个例子。

  • 未使用 Lambda（使用匿名内部类）：
List<Integer> keys = Arrays.asList(9, 3, 5, 10, 2);
keys.sort(new Comparator()<Integer> {
    @Override
    public int compare(Integer v1, Integer v2) {
        return v1 - v2;
    }
});
  • 使用 Lambda：
List<Integer> keys = Arrays.asList(9, 3, 5, 10, 2);
// 多个参数以逗号分开，可省略类型，一条语句，省略大括号、return 关键字及语句分号
keys.sort((v1, v2) -> v1 - v2);
System.out.println(keys);

总结

到这里，相信大家对于 Lambda 表达式有了一个基本的认识。总的来说：

  • 必须是函数式接口才能使用 Lambda 表达式

语法：(参数类型 参数名称) ‐> { 方法体 }

  • 若方法的参数列表：
    • 没有参数，则可直接用 () ；
    • 有一个参数，可以省略 ()，直接写参数；
    • 有多个参数，则()不可省略
    • () 内的参数类型可以省略
  • 若方法体：
    • 只有一条语句，无论是否有返回值，都可以省略大括号、return 关键字及语句分号。
    • 处理逻辑过于臃肿复杂，还是使用具体子类改写较好，保证可读性。

最后的最后

由本人水平所限，难免有错误以及不足之处， 屏幕前的靓仔靓女们 如有发现，恳请指出！

最后，谢谢你看到这里，谢谢你认真对待我的努力，希望这篇博客对你有所帮助！

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