Java学习笔记(十二):方法引用

在使用Lambda表达式的时候,我们实际上传递进去的代码就是一种解决方案:拿什么参数做什么操作。那么考虑一种情况:如果我们在Lambda中所指定的操作方案,已经有地方存在相同方案,那是否还有必要再写重复逻辑?

1 冗余的Lambda场景

来看一个简单的函数式接口以应用Lambda表达式:

@FunctionalInterface
public interface Printable {
    void print(String str);
}

Printable 接口当中唯一的抽象方法 print 接收一个字符串参数,目的就是为了打印显示它。那么通过Lambda来使用它的代码很简单:

public class Demo01PrintSimple {
    private static void printString(Printable data) {
     data.print("Hello, World!");
    }
    public static void main(String[] args) {
        printString(s ‐> System.out.println(s));
    }
}

其中 printString 方法只管调用 Printable 接口的 print 方法,而并不管 print 方法的具体实现逻辑会将字符串
打印到什么地方去。而 main 方法通过Lambda表达式指定了函数式接口 Printable 的具体操作方案为:拿到String(类型可推导,所以可省略)数据后,在控制台中输出它

2 问题分析

这段代码的问题在于,对字符串进行控制台打印输出的操作方案,明明已经有了现成的实现,那就是 System.out对象中的println(String)方法。既然Lambda希望做的事情就是调用 println(String) 方法,那何必自己手动调用呢?

3 用方法引用改进代码

能否省去Lambda的语法格式(尽管它已经相当简洁)呢?只要“引用”过去就好了:

public class Demo02PrintRef {
    private static void printString(Printable data) {
        data.print("Hello, World!");
    } 
    public static void main(String[] args) {
        printString(System.out::println);
    }
}

请注意其中的双冒号::写法,这被称为“方法引用”,而双冒号是一种新的语法。

4 方法引用符

双冒号 ::为引用运算符,而它所在的表达式被称为方法引用。如果Lambda要表达的函数方案已经存在于某个方法的实现中,那么则可以通过双冒号来引用该方法作为Lambda的替代者。

4.1 语义分析

例如上例中, System.out 对象中有一个重载的 println(String) 方法恰好就是我们所需要的。那么对于printString 方法的函数式接口参数,对比下面两种写法,完全等效:

  • Lambda表达式写法:s -> System.out.println(s)
  • 方法引用写法: System.out::println

第一种语义是指:拿到参数之后经Lambda之手,继而传递给 System.out.println方法去处理。

第二种等效写法的语义是指:直接让 System.out 中的println方法来取代Lambda。两种写法的执行效果完全一样,而第二种方法引用的写法复用了已有方案,更加简洁。

注:Lambda 中 传递的参数 一定是方法引用中 的那个方法可以接收的类型,否则会抛出异常

4.2 推导与省略

如果使用Lambda,那么根据“可推导就是可省略”的原则,无需指定参数类型,也无需指定的重载形式——它们都将被自动推导。而如果使用方法引用,也是同样可以根据上下文进行推导。

函数式接口是Lambda的基础,而方法引用是Lambda的孪生兄弟。

下面这段代码将会调用 println 方法的不同重载形式,将函数式接口改为int类型的参数:

/*
    定义一个打印的函数式接口
 */
@FunctionalInterface
public interface Printable {
    //定义字符串的抽象方法
    void print(String s);
}

由于上下文变了之后可以自动推导出唯一对应的匹配重载,所以方法引用没有任何变化:

public class Demo01Printable {
    //定义一个方法,参数传递Printable接口,对字符串进行打印
    public static void printString(Printable p) {
        p.print("HelloWorld");
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用printString方法,方法的参数Printable是一个函数式接口,所以可以传递Lambda
        printString((s) -> {
            System.out.println(s);
        });

        /*
            分析:
                Lambda表达式的目的,打印参数传递的字符串
                把参数s,传递给了System.out对象,调用out对象中的方法println对字符串进行了输出
                注意:
                    1.System.out对象是已经存在的
                    2.println方法也是已经存在的
                所以我们可以使用方法引用来优化Lambda表达式
                可以使用System.out方法直接引用(调用)println方法
         */
        printString(System.out::println);
    }
}

这次方法引用将会自动匹配到 println(int) 的重载形式

5 通过对象名引用成员方法

这是最常见的一种用法,与上例相同。如果一个类中已经存在了一个成员方法:

public class MethodRerObject {
    //定义一个成员方法,传递字符串,把字符串按照大写输出
    public void printUpperCaseString(String str){
        System.out.println(str.toUpperCase());
    }
}

函数式接口仍然定义为:

@FunctionalInterface
public interface Printable {
    //定义字符串的抽象方法
    void print(String s);
}

那么当需要使用这个printUpperCase成员方法来替代 Printable接口的Lambda的时候,已经具有了MethodRefObject类的对象实例,则可以通过对象名引用成员方法,代码为:

/*
    通过对象名引用成员方法
    使用前提是对象名是已经存在的,成员方法也是已经存在
    就可以使用对象名来引用成员方法
 */
public class Demo01ObjectMethodReference {
    //定义一个方法,方法的参数传递Printable接口
    public static void printString(Printable p){
        p.print("Hello");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 1.使用Lambda表达式
        //调用printString方法,方法的参数Printable是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        printString((s)->{
            //创建MethodRerObject对象
            MethodRerObject obj = new MethodRerObject();
            //调用MethodRerObject对象中的成员方法printUpperCaseString,把字符串按照大写输出
            obj.printUpperCaseString(s);
        });

        //2. 使用方法引用
        /*
            使用方法引用优化Lambda
            对象是已经存在的MethodRerObject
            成员方法也是已经存在的printUpperCaseString
            所以我们可以使用对象名引用成员方法
         */
        //创建MethodRerObject对象
        MethodRerObject obj = new MethodRerObject();
        printString(obj::printUpperCaseString);
    }
}

6 通过类名称引用静态方法

由于在java.lang.Math类中已经存在了静态方法 abs,所以当我们需要通过Lambda来调用该方法时,有两种写法。

首先是函数式接口:

@FunctionalInterface
public interface Calcable {
    //定义一个抽象方法,传递一个整数,对整数进行绝对值计算并返回
    int calsAbs(int number);
}

计算绝对值

/*
    通过类名引用静态成员方法
    类已经存在,静态成员方法也已经存在
    就可以通过类名直接引用静态成员方法
 */
public class Demo01StaticMethodReference {
    //定义一个方法,方法的参数传递要计算绝对值的整数,和函数式接口Calcable
    public static int method(int number,Calcable c){
       return c.calsAbs(number);
    }

    public static void main(String[] args) {

        // 1. 使用Lambda表达式
        //调用method方法,传递计算绝对值得整数,和Lambda表达式
        int number = method(-10,(n)->{
            //对参数进行绝对值得计算并返回结果
            return Math.abs(n);
        });
        System.out.println(number);

        // 2. 使用方法引用
        /*
            使用方法引用优化Lambda表达式
            Math类是存在的
            abs计算绝对值的静态方法也是已经存在的
            所以我们可以直接通过类名引用静态方法
         */
        int number2 = method(-10,Math::abs);
        System.out.println(number2);
    }

}

在这个例子中,下面两种写法是等效的:

  • Lambda表达式: n -> Math.abs(n)
  • 方法引用: Math::abs

7 通过super引用成员方法

如果存在继承关系,当Lambda中需要出现super调用时,也可以使用方法引用进行替代。

首先是函数式接口:

/*
    定义见面的函数式接口
 */
@FunctionalInterface
public interface Greetable {
    //定义一个见面的方法
    void greet();
}

然后是父类 Human 的内容:

/*
    定义父类
 */
public class Human {
    //定义一个sayHello的方法
    public void sayHello(){
        System.out.println("Hello 我是Human!");
    }
}

最后是子类 Man 的内容,其中使用了Lambda的写法:

public class Man extends Human {
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("大家好,我是Man!");
    } 
    //定义方法method,参数传递Greetable接口
    public void method(Greetable g){
        g.greet();
    } 
    public void show(){
        //调用method方法,使用Lambda表达式
        method(()>{
            //创建Human对象,调用sayHello方法
            new Human().sayHello();
    });

    //简化Lambda
    method(()>new Human().sayHello());

    //使用super关键字代替父类对象
    method(()>super.sayHello());
    }
}

但是如果使用方法引用来调用父类中的 sayHello 方法会更好,例如另一个子类 Woman :

public class Man extends Human {
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("大家好,我是Man!");
    } 

    //定义方法method,参数传递Greetable接口
    public void method(Greetable g){
        g.greet();
    } 

    public void show(){
        method(super::sayHello);
    }
}

在这个例子中,下面两种写法是等效的:

  • Lambda表达式:() -> super.sayHello()
  • 方法引用:super::sayHello

8 通过this引用成员方法

this代表当前对象,如果需要引用的方法就是当前类中的成员方法,那么可以使用“this::成员方法”的格式来使用方法引用。

首先是简单的函数式接口:

@FunctionalInterface
public interface Richable {
    void buy();
}

下面是一个丈夫 Husband 类:

public class Husband {
    private void marry(Richable lambda) {
        lambda.buy();
    } 
    public void beHappy() {
        marry(()> System.out.println("买套房子"));
    }
}

开心方法 beHappy 调用了结婚方法 marry ,后者的参数为函数式接口 Richable ,所以需要一个Lambda表达式。但是如果这个Lambda表达式的内容已经在本类当中存在了,则可以对 Husband 丈夫类进行修改:

public class Husband {
    private void buyHouse() {
        System.out.println("买套房子");
    } 
    private void marry(Richable lambda) {
        lambda.buy();
    } 
    public void beHappy() {
        marry(()> this.buyHouse());
    }
}

如果希望取消掉Lambda表达式,用方法引用进行替换,则更好的写法为:

public class Husband {
    private void buyHouse() {
        System.out.println("买套房子");
    }
    private void marry(Richable lambda) {
        lambda.buy();
    }
    public void beHappy() {
        marry(this::buyHouse);
    }
}

在这个例子中,下面两种写法是等效的:

  • Lambda表达式: () -> this.buyHouse()
  • 方法引用:this::buyHouse

9 类的构造器引用

由于构造器的名称与类名完全一样,并不固定。所以构造器引用使用 类名称::new 的格式表示。

首先是一个简单的 Person 类:

public class Person {
    private String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    } 
    public String getName() {
        return name;
    } 
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

然后是用来创建 Person 对象的函数式接口:

public interface PersonBuilder {
    Person buildPerson(String name);
}

要使用这个函数式接口,可以通过Lambda表达式:

public class Demo09Lambda {
    public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
        System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());
    } 
    public static void main(String[] args) {
        printName("赵丽颖", name ‐> new Person(name));
    }
}

但是通过构造器引用,有更好的写法:

public class Demo10ConstructorRef {
    public static void printName(String name, PersonBuilder builder) {
        System.out.println(builder.buildPerson(name).getName());
    } 
    public static void main(String[] args) {
        printName("赵丽颖", Person::new);
    }
}

在这个例子中,下面两种写法是等效的:

  • Lambda表达式:name -> new Person(name)
  • 方法引用: Person::new

10 数组的构造器引用

数组也是 Object 的子类对象,所以同样具有构造器,只是语法稍有不同。如果对应到Lambda的使用场景中时,需要一个函数式接口:

@FunctionalInterface
public interface ArrayBuilder {
    int[] buildArray(int length);
}

在应用该接口的时候,可以通过Lambda表达式 :

public class Demo11ArrayInitRef {
    private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
        return builder.buildArray(length);
    } 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = initArray(10, length ‐> new int[length]);
    }
}

但是更好的写法是使用数组的构造器引用:

public class Demo12ArrayInitRef {
    private static int[] initArray(int length, ArrayBuilder builder) {
        return builder.buildArray(length);
    } 
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = initArray(10, int[]::new);
    }
}

在这个例子中,下面两种写法是等效的:

  • Lambda表达式: length -> new int[length]
  • 方法引用: int[]::new

本文作者:foochane
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