Java 帝國之函數語言程式設計(上)

前言：最近看了點Java 函數語言程式設計，寫了個小故事和大家分享下心得，不妥之處，歡迎拍磚

1. 遊行示威

Java 帝國成立20多年了， 20多年來帝國給每個程式設計師都提供了趁手的工具箱，裡邊裝著物件導向，自動記憶體管理，泛型，型別安全等強大的工具，

大家用這些工具開發了無數的框架和系統，都誇Java大法好。

（微信公眾號“碼農翻身”注：請參考文章《Java 一個帝國的誕生》《Java帝國之Java Bean(上)》《Java帝國之Java Bean (下）》）

可以最近出現了一點新情況，一群函數語言程式設計的狂熱份子不停的到總部來遊行，要求帝國向LISP學習，支援函數語言程式設計，他們的理由也很充分：

“很多語言都支援函數語言程式設計了，比如 Ruby , Python…

“人家微軟的C#很早就支援了…”

“同樣是執行在Java 虛擬機器上的語言，那些雜牌軍Scala , Clojure 都有函數語言程式設計 , 我們的精銳，中央軍Java 怎麼就不支援呢？”

這樣的聲音雖然不是主流，但越來越多也讓我不勝其煩，我把我最得力的助手小碼哥叫來商量對策：

“小碼，外邊那一群狂熱分子叫囂的函數語言程式設計到底是什麼東西？”

“唉，老大，其實我也不知道函數語言程式設計的確切定義，我只知道LISP是函數語言程式設計的鼻祖，並且像LISP這樣的語言學習起來很難，和我們的物件導向完全是兩個世界，但奇怪的是很多掌握了LISP的人都無可救藥的愛上了她。”

“那它肯定有什麼過人之處！” 我說

“像C,C++，Java，用他們程式設計是一種命令式的風格，告訴計算機如何如何做，而用LISP程式設計是一種宣告式的風格，就像SQL一樣，只是描述我要什麼，不去具體的描述怎麼去做”

“聽起來很不錯啊 ” 我覺得一門語言能用宣告式的方式來程式設計，對程式設計師絕對是福音啊。

“此外，物件導向程式設計更多的是對資料進行抽象，而函數語言程式設計是對行為進行抽象，在LISP世界裡，函式是一等公民，函式可以當做引數傳遞給另外一個函式，函式也可以作為另外一個函式的返回值。”

“只用函式進行程式設計，聽起來不可思議啊！”

“是啊，所以如果你學過物件導向的語言，像我們們Java, 再去學LISP, 會感到一片迷茫，無所適從，真氣渾身亂竄，好久才能平息下來。 ”

2. 強型別

“那我們能不能學一下Ruby , Python 在我們們Java 中新增一點函數語言程式設計的特性，至少讓這些刁民，奧不，狂熱分子安靜下來？ ”

小碼想了一會說： “有點難度，因為Java 有一個特點，就是強型別的。”

“強型別？，這是什麼意思？ “我問他

“是啊，強型別，簡單的說無論任何變數都得有個型別，並且不能變。”

小碼哥沒料到我還不知道這個概念，開始興致勃勃的給我普及。

”比如你可以宣告一個變數

Person p = new Person();

可是如果你想讓p指向另外一個物件：

p = new House();

我們偉大的java編譯器立刻就能告訴你錯誤： ‘型別不匹配，不能把House轉化成 Person’

強型別的好處是顯而易見的，我們在編譯期間就可以消滅大部分的錯誤，並且還可以在你用IDE程式設計的時候做出很‘智慧’的提示，幫你自動補全程式碼。”

“與之相對的就是弱型別，例如在Ruby 中一個變數根本不需要宣告型別：

p = Person.new

p = House.new

這是沒有任何問題的，變數p 可以指向任何物件，但是也喪失了提前發現錯誤的可能性，很多錯誤只能在執行時暴露出來。

def do_something(p)

p.walk(); // 假設walk只是Person獨有的方法。

end

系統檢查不出來你到底是傳遞進去一個什麼型別的物件，如果p 指向一個House, House是不能walk的，那在執行時就會報錯： undefined method `walk’ for #<House:0x00000002f40590>”

“但是弱型別也有好處，例如

p = Animal.new

這個Animal 也有一個walk()方法。那在呼叫do-something方法的時候完全沒有問題！ ”

我有點懂了： “是不是說由於Java 是強型別的，如果想支援函數語言程式設計，我們也得給這些函式找個型別？”

小碼哥說：　“是啊，不過這有點難度”

”我們們能不能重新的設計下Java 的型別系統？“ 我有點不甘心

“肯定不行，我們Java 帝國為了吸引程式設計師，並且為了維穩，曾經對外鄭重的承諾過：帝國要保持向後相容性，你就是用Jdk 1.1編譯的程式碼，在我們jdk 8中也能執行，要是為了函數語言程式設計，改動太大，估計很多程式設計師就要拋棄我們了。”

“不管如何，你得想想辦法，在Java 中加上函數語言程式設計，帝國已經這麼大了，再加一點東西也沒什麼大不了的。”

我給了小碼哥三天時間。

3. Lambda 表示式和型別推斷

過了兩天，小碼哥就興沖沖的來找我了： “老大，你看看，我設計出了java 中的Lambda表示式”

我接過紙一看，上面寫著：

() -> System.out.println("Hello Lambda");

s-> s.toUpperCase();

(x,y) -> x +y ;

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() -> System.out.println("Hello Lambda");

s-> s.toUpperCase();

(x,y) -> x +y ;

“這看起來像是個函式啊？還起個這麼時髦的名字Lambda !”

“對，Lambda可以說就是匿名函式，我定義的語法是這樣的，箭頭(->) 左邊是函式的引數列表，右邊是方法體”

我看了看，確實是，第一個表示式沒有引數，函式體是列印”Hello Lambda”

第二個函式有一個引數 , 函式體似乎是把這個引數變成大寫字元。

第三個函式有兩個引數，函式體是把兩個引數相加

“小碼，既然它們是函式，按照函數語言程式設計風格，就能把這些函式當做引數傳遞給另外一些函式了？ ”

“那是自然，我給你舉個例子“ 小碼哥說

例如我們有這麼個介面：

public interface StringFuction{

public String apply(String s);

}

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public interface StringFuction{

public String apply(String s);

}

還有這麼個函式：

public String  run (StringFuction f){

return f.apply("Hello World");

}

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public String run (StringFuction f){

return f.apply("Hello World");

}

現在就可以把“匿名函式”當做引數傳遞給另外一個函式了

run (s -> s.toUpperCase()) ;

返回值就是大寫字串： HELLO WORLD

如果我們傳遞進去一個別的Lambda 表示式：

run (s -> s.toLowerCase()) ;

返回值就是小寫字串：　hello world

”我有個問題，上次你說過我們們Java 都是強型別的，所有的東西都得有型別，那這個Lambda表示式s -> s.toUpperCase() 的型別是什麼？ ”

小碼哥說： “唉，為了這個問題，我可是費勁了，我搞了個‘型別推斷’，由編譯器智慧的推斷出s -> s.toUpperCase()的型別，其實在上面的例子中，這個Lambda表示式的型別就是StringFunction!”

“注意”小碼哥接著說， “這個StringFunction 的apply方法接收一個字串引數，然後返回另外一個字串的值。

所以當我們用s -> s.toUpperCase() 去呼叫的時候，就會知道 s 就是apply的引數， s.toUpperCase()其實就是這個方法的實現了，這個方法的返回值也是String ”

“奧，我明白了，其實就是我們之前的匿名類嘛，我們完全可以這麼寫“

run(new StringFuction(){

public String apply(String s) {

return s.toUpperCase();

}

});

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run(new StringFuction(){

public String apply(String s) {

return s.toUpperCase();

}

});

“對的，本質就是這樣，對於Lambda表示式，我們只是會做更多的型別推斷，如果你這麼呼叫 : “

run(s -> s.length())；

“那編譯就不通過了，因為這個匿名函式的返回值是int , 它不符合介面(StringFunction）的方法(apply)的語義，接受一個字串, 然後返回一個字串。 ”

“那個函式介面的方法名稱（apply）重要嗎？” 我接著問

“不重要， 關鍵是它的輸入型別和返回值，至於名稱，儘可能的好一點吧”

“唉，小碼，我有點懂了，為了維護Java 的強型別，還得定義一個函式介面，然後編譯器會把這些匿名函式（Lambda表示式）和這個介面做匹配，但是你讓程式設計師們定義函式介面，太麻煩了吧？ ”

小碼哥不慌不忙： “這個問題我考慮過了，我已經對我們的JDK做了增強，特別引入了一個叫java.util.function 的包，裡邊現成的函式介面足夠大部分人用了”

說著，小碼哥給我展示了一個文件：

(1) Function函式介面：傳入一個型別為T的引數，返回一個型別為R 的引數

public interface Function<T,R>{

R apply(T t);

......

}

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public interface Function<T,R>{

R apply(T t);

......

}

(2) Predicate<T> 函式介面：傳入一個型別為Ｔ　的引數，　返回boolean

public interface Predicate<T> {

boolean test(T t);

......

}

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public interface Predicate<T> {

boolean test(T t);

......

}

(3) Consumer<T>函式介面：傳入一個型別為T的引數，沒有返回值，執行你自定義的操作

public interface Consumer<T> {

void accept(T t);

......

}

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public interface Consumer<T> {

void accept(T t);

......

}

例如

s -> s.length() 就可以匹配 (1)

x -> x>5 就可以匹配 (2)

s -> System.out.println(s) 就可以匹配 (3)

我不僅暗暗讚歎：還是抽象大法好。

“小碼，我明白你的苦心，這些確實都是高度的抽象啊”

“老大，這是沒辦法的事啊，想想我們java 帝國那麼多工具，框架，我們必須得保持向後相容性啊。所以一定得堅持強型別，即使是匿名函式，也得給它找個型別，即函式介面！“

“但是有了這麼東西還是不夠，似乎沒有體現出像SQL那樣‘宣告式’程式設計的好處啊？ ”

“確實不夠，我們得把類庫好好改改，真正體現函數語言程式設計的特性，我打算引入一個叫做Stream的概念。”

(未完待續)

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2. 強型別

3. Lambda 表示式 和 型別推斷

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