Теория: Лямбда-функции

До сих пор в Java мы встречались только с методами, хотя и слышали термин «функция». В отличие от методов, функции существуют сами по себе без привязки к классу. Технически Java не позволяет создавать подобные функции, поэтому почти всегда, когда нужна обычная функция, в Java создается статический метод. Пример:

public class MathUtils {
    // Статический метод для вычисления факториала числа
    public static int factorial(int number) {
        if (number < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Number must be non-negative.");
        }

        int result = 1;
        for (int i = 2; i <= number; i++) {
            result *= i;
        }
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int number = 5;
        // Вызов статического метода
        int result = MathUtils.factorial(number);
        System.out.println("Factorial of " + number + " is: " + result);
    }
}

В таком смысле, статические методы вполне заменяют обычные функции, хотя и делают код более многословным. Но встречаются и другие ситуации, где функции удобны и речь здесь идет про лямбда-функции или, как их еще называют, анонимные функции.

forEach() в Map

Рассмотрим на примере Map. Для того чтобы обойти пары ключ-значения, мы скорее всего воспользуемся методом entrySet(), который возвращает специальный объект, содержащий и ключ и значение.

var codes = new HashMap<String, Integer>();
codes.put("usa", 1);
codes.put("france", 33);
codes.put("germany", 49);
var entries = codes.entrySet();
for (var entry : entries) {
    System.out.println(entry.getKey());
    System.out.println(entry.getValue());
}

Но эту же задачу можно решить проще, если воспользоваться методом forEach(), который работает с лямбда-функциями.

codes.forEach((key, value) -> {
    System.out.println(key);
    System.out.println(value);
});

В этом примере мы используем метод forEach(), параметром которого является лямбда-функция. Эта лямбда-функция принимает на вход два параметра: ключ и значение. В ее теле выполняется тот код, который мы напишем. Вызов этой функции происходит внутри метода forEach() для каждой пары ключ-значение. Вот как выглядит лямбда-функция сама по себе, без forEach():

(key, value) -> {
    System.out.println(key);
    System.out.println(value);
}

Лямбда-функция записывается так: () -> {}. То, что в скобках – это параметры. То, что в фигурных скобках – это тело функции. Знак -> отделяет параметры от тела.

Особенностью лямбда-функций является то, что параметры указываются без типов данных. Мы разберем это подробнее, когда будем учиться создавать методы, работающие с лямбда-функциями.

forEach() в списках

Похожая реализация forEach() есть и в списках. Здесь лямбда-функция принимает на вход один параметр.

var temperatures = List.of(20, 25, 18, 19, 22, 17, 20);
temperatures.forEach((value) -> {
    System.out.println(value);
});

Пример выше можно переписать в другом, более компактном синтаксисе:

temperatures.forEach(value -> System.out.println(value));

В этом примере произошло два упрощения:

• Убраны фигурные скобки у тела функции — такое допустимо, если внутри тела выполняется одна инструкция
• Убраны скобки вокруг параметра — это допустимо, если параметр всего один

Упрощенный синтаксис лямбда-функций

Лямбда-функции могут не только выполнять какое-то действие, но и возвращать значение. Рассмотрим на примере метода replaceAll() в списках. Метод заменяет каждый элемент списка на результат, который вернет лямбда-функция для текущего элемента

var temperatures = new ArrayList<Integer>();
temperatures.addAll(List.of(-2, 5, 2));

temperatures.replaceAll(value -> {
    return value + 273;
});

System.out.println(temperatures); // => [271, 278, 275]

В Java существует альтернативный вариант записи лямбда-функций

temperatures.replaceAll(value -> value + 273);

В этом примере мы опустили фигурные скобки у тела функции и ключевое слово return. Так можно делать, когда лямбда-функция содержит только одно выражение, результат которого должен быть возвращен. В этом случае Java автоматически возвращает результат выражения без явного использования return

Ограничение на использование контекста

Как и в случае циклов, мы можем внутри тела лямбда-функции использовать данные взятые из внешнего контекста, то есть определенные вне тела функции.

var temperatures = List.of(20, 25, 18, 19, 22, 17, 20);
var n = 2;
temperatures.forEach((value) -> {
    System.out.println(value * n);
});

Но есть ограничение. В отличие от циклов, где с этими данными можно выполнять любые действия, лямбда-функции ограничены тем, что не могут изменять значение переменных, с которыми идет работа:

var temperatures = List.of(20, 25, 18, 19, 22, 17, 20);
var n = 10;
temperatures.forEach((value) -> {
    System.out.println(value * n--);
});

Подобный код приведет к ошибке: Local variable n defined in an enclosing scope must be final or effectively final