Java Lambda表達式基礎知識

一、引言

在Java 8中，引入了Lambda表達式（lambda expressions），它可以用更簡潔的方式實現一個方法，從而可以提高代碼的可讀性和重用性。Lambda表達式可以被視為匿名函數（anonymous function）的替代品，它可以被當做一種更簡便的寫法，使得開發人員更加註重於業務邏輯上的實現，而不是代碼的實現方式。

了解Lambda表達式的基礎知識，可以使Java程序員在編寫代碼時更加得心應手，更容易閱讀和維護代碼。

二、Lambda表達式基礎

1. Lambda表達式語法

Lambda表達式的語法如下：

(parameters) -> expression
或
(parameters) -> { statements; }

其中，parameters表示方法的參數，expression或statements是方法的主體。可以簡單理解為，Lambda表達式就是將方法體作為一個參數，使得這個方法可以在需要的時候被傳遞。

例如，下面的方法使用Lambda表達式實現了對一個整數數組進行排序的操作：

int[] arr = {5, 2, 9, 1, 3};
Arrays.sort(arr, (a, b) -> a - b);

上述代碼中，(a, b) -> a – b表示一個匿名的Lambda表達式，它能夠比較兩個整數a和b的大小，並返回它們的差值。Arrays.sort方法將這個Lambda表達式作為參數傳遞進去，實現對整數數組的排序。

2. 函數介面

在Lambda表達式中，使用的參數類型必須是函數式介面（Functional Interface）。函數式介面不是新的概念，它是指只有一個抽象方法的介面。例如，下面是一個函數式介面：

@FunctionalInterface
interface MyInterface {
    void doSomething();
}

MyInterface mi = () -> System.out.println("Hello, World!");
mi.doSomething();

上述代碼中，MyInterface是一個函數式介面，它只有一個doSomething方法。在使用Lambda表達式時，可以直接調用MyInterface的doSomething方法，而無需實現整個MyInterface介面。

3. 方法引用

方法引用是Lambda表達式的一種簡化寫法，它可以更加簡潔地調用方法。方法引用可以理解為一種更加簡單的Lambda表達式，在方法引用中，我們可以通過方法的名字來指向一個已有的方法。

舉一個簡單的例子：

List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
list.forEach(System.out::println);

上述代碼中，list的forEach方法用於迭代集合中的元素，將每個元素傳遞給指定的方法，並按照指定順序執行。System.out::println可以理解為一個Lambda表達式，表示調用System.out對象的println方法。其中的「::」符號為方法引用操作符，用於連接對象或類的名稱和方法的名稱。

三、Lambda表達式應用

1. 集合類型的處理

在Java 8中，Lambda表達式的出現使得對集合類型的處理更加簡便，例如List和Map。Lambda表達式可以在集合中迭代元素，過濾，排序，以及對元素進行處理。

（1）遍歷集合類型

遍歷集合類型是集合類型最基本的操作，可以使用Lambda表達式來簡化集合類型的遍歷操作，例如下面的代碼用於遍歷一個List：

List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
list.forEach((num) -> System.out.print(num + " "));

可以看到，上述代碼中使用了forEach方法和Lambda表達式來遍歷集合類型，和傳統的for循環語句相比，代碼量更少，更容易理解。

（2）過濾集合類型

在處理多個元素的集合類型時，可能需要根據某個條件來過濾元素。Lambda表達式可以很方便地實現這個需求，例如下面的代碼用於過濾出一個List中大於3的元素：

List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
List filtered = list.stream().filter(num -> num > 3).collect(Collectors.toList());

上述代碼中，調用stream方法將List轉化為流，使用filter方法過濾出大於3的元素，最後使用collect方法將過濾後的元素轉為List類型。

（3）集合類型的轉換

在處理集合類型時，可能需要對元素進行某些操作，並將結果轉化為另一種集合類型。Lambda表達式可以配合Java 8中的Stream API來實現這個需求。例如下面的代碼將一個List中的元素平方後轉化為一個新的List：

List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
List mapped = list.stream().map(num -> num*num).collect(Collectors.toList());

上述代碼中，調用map方法將流中的元素映射為新的元素（即將原元素平方），最後使用collect方法將操作後的結果轉為新的List類型。

2. 函數式編程實例

函數式編程，又稱為Lambda編程，是一種以數學為基礎的編程模式。在函數式編程中，函數被看作是一等公民（first class citizen），就像其他類型的數據一樣，可以被定義、傳遞和返回。

例如，下面的代碼用Lambda表達式實現一個計算器：

interface Calculator {
    int doOperate(int a, int b);
}

public class LambdaCalculator {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator add = (a, b) -> a + b;
        Calculator subtract = (a, b) -> a - b;
        Calculator multiply = (a, b) -> a * b;
        Calculator divide = (a, b) -> a / b;

        int a = 10, b = 5;
        System.out.println("a + b = " + add.doOperate(a, b));
        System.out.println("a - b = " + subtract.doOperate(a, b));
        System.out.println("a * b = " + multiply.doOperate(a, b));
        System.out.println("a / b = " + divide.doOperate(a, b));
    }
}

上述代碼中，介面Calculator定義了一個doOperate方法，用於實現數學計算操作。在main方法中，分別使用Lambda表達式實現了加減乘除四種計算器，並對這個計算器進行了測試。

四、總結

本文介紹了Java Lambda表達式的基礎知識，包括Lambda表達式的語法和函數式介面的概念。同時，還介紹了Lambda表達式在集合類型處理和函數式編程中的實際應用，例如使用Lambda表達式對List進行遍歷、過濾和轉換等操作，以及使用Lambda表達式實現一個簡單的計算器。

了解Lambda表達式的基礎知識可以幫助Java開發人員更加靈活地編寫代碼，提高代碼的可重用性和可讀性，同時也可以更好地適應Java編程的新趨勢。