Java BiFunction 接口实例

2019-07-30

1. 简介

JAVA8 引入了函数式编程，可以把函数作为参数传入实现通用方法。熟知的 Java 8 单个参数函数式接口比如 Function、Predicate 和 Consumer。

这篇教程会介绍如何使用支持两个参数的函数式接口。这样的函数被称为二元函数，在 Java 中使用 BiFunction 函数式接口。

2. 单个参数函数

让我们快速回顾一下如何使用单个参数函数或者一元函数，就像在Stream教程中实现的示例：

List<String> mApped = Stream.of("hello", "world")
 .map(word -> word + "!")
 .collect(Collectors.toList());
assertThat(mapped).containsExactly("hello!", "world!");

上面的单元测试中，map 方法接受1个 Function 类型作为参数，对给定的的输入操作后返回结果。

3. 双参操作

Java Stream 库提供了 reduce 函数，可以组合 Stream 中的元素。在这里定义已接收的数据如何与下一个操作转换。

reduce 接受 BinaryOperator<T> 类型作为参数，支持输入两个类型相同的对象。

假设要求把 Stream 中的数据通过破折号连接起来，下面是几种实现方案。

3.1. 使用 Lambda 表达式

用 Lambda 实现 BiFunction，前面是由括号包围的两个参数：

String result = Stream.of("hello", "world")
 .reduce("", (a, b) -> b + "-" + a);
assertThat(result).isEqualTo("world-hello-");

上面的示例中，a、b 两个值是字符串类型。Lambda 实现把两个参数按照要求组合，b 在前，a 在后，中间是破折号。

可以看到 reduce 的第一个参数是空字符串，Stream 中的第一个值会与空字符串连接。

另外可以注意到，Java 类型推断在大多数情况下可以忽略参数类型。在 Lambda 上下文类型不明确的情况下，可以为参数加上类型：

String result = Stream.of("hello", "world")
 .reduce("", (String a, String b) -> b + "-" + a);

3.2. 使用 Function

如果上面的算法要求不在结尾加上破折号该怎么处理？可以在 lambda 中编写更多代码，但这可能会让代码变得更杂乱。可以把它抽取成一个函数：

private String combineWithoutTrailingDash(String a, String b) {
 if (a.isEmpty()) {
 return b;
 }
 return b + "-" + a;
}

然后调用：

String result = Stream.of("hello", "world")
 .reduce("", (a, b) -> combineWithoutTrailingDash(a, b));
assertThat(result).isEqualTo("world-hello");

像上面这样，lambda 会调用抽取出来的函数。不仅更易于阅读，而且可以扩充到更复杂的实现。

3.3. 使用方法引用

一些 IDE 会自动提示，把面的 lambda 转换为方法引用，这样读起来会更清晰。

重写上面的代码，改为方法引用：

String result = Stream.of("hello", "world")
 .reduce("", this::combineWithoutTrailingDash);
assertThat(result).isEqualTo("world-hello");

方法引用通常让函数式代码自解释性变得更强。

4. 使用 BiFunction

到目前为止，我们介绍了如何对两个相同类型的参数使用函数。BiFunction 接口支持不同参数的类型 且返回值可以是第三种类型。

假设要求把两个长度相等的列表合并成一个结果列表，对每对输入值执行操作计算结果：

List<String> list1 = Arrays.asList("a", "b", "c");
List<Integer> list2 = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<String> result = new ArrayList<>();
for (int i=0; i < list1.size(); i++) {
 result.add(list1.get(i) + list2.get(i));
}
assertThat(result).containsExactly("a1", "b2", "c3");

4.1. 为 Function 增加范型

可以使用 BiFunction 为方法增加范型 combiner：

private static <T, U, R> List<R> listCombiner(
 List<T> list1, List<U> list2, BiFunction<T, U, R> combiner) {
 List<R> result = new ArrayList<>();
 for (int i = 0; i < list1.size(); i++) {
 result.add(combiner.apply(list1.get(i), list2.get(i)));
 }
 return result;
}

上面的代码包含了三种参数类型：第一个列表中的元素类型为 T，第二个列表中的元素类型为 U，组合函数调用后的元素类型为 R。

调用 BiFunction 的 apply 方法得到结果。

4.2. 调用范型函数

combiner 的类型是 BiFunction，设计的算法可以处理不同类型的输入和输出。让我们试一下：

List<String> list1 = Arrays.asList("a", "b", "c");
List<Integer> list2 = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<String> result = listCombiner(list1, list2, (a, b) -> a + b);
assertThat(result).containsExactly("a1", "b2", "c3");

也可以用来处理完全不同类型的输入和输出。

让我们加入一个算法，判断列表1中的值是否大于列表2，并生成一个 boolean 结果：

List<Double> list1 = Arrays.asList(1.0d, 2.1d, 3.3d);
List<Float> list2 = Arrays.asList(0.1f, 0.2f, 4f);
List<Boolean> result = listCombiner(list1, list2, (a, b) -> a > b);
assertThat(result).containsExactly(true, true, false);

4.3. BiFunction 方法引用

用上面抽取的方法和方法引用重写上面的代码：

List<Double> list1 = Arrays.asList(1.0d, 2.1d, 3.3d);
List<Float> list2 = Arrays.asList(0.1f, 0.2f, 4f);
List<Boolean> result = listCombiner(list1, list2, this::firstIsGreaterThanSecond);
assertThat(result).containsExactly(true, true, false);
private boolean firstIsGreaterThanSecond(Double a, Float b) {
 return a > b;
}

用方法引用加入算法 firstIsGreaterThanSecond 看起来代码更容易理解一些。

4.4. 使用 this 调用 BiFunction 方法引用

改变一下要求，用上面基于 BiFunction 算法确认两个列表是否相等：

List<Float> list1 = Arrays.asList(0.1f, 0.2f, 4f);
List<Float> list2 = Arrays.asList(0.1f, 0.2f, 4f);
List<Boolean> result = listCombiner(list1, list2, (a, b) -> a.equals(b));
assertThat(result).containsExactly(true, true, true);

实际上可以简化成下面这样：

List<Boolean> result = listCombiner(list1, list2, Float::equals);

这是因为 Float 中的 equals 与 BiFunction 函数签名相同，第一个隐式参数是 Float 类型，第二个参数是 Object 类型与第一个参数比值。

5. BiFunctions 组合

如果通过方法引用实现数值比较该怎么实现？

如果使用方法引用实现数值列表比较示例会是怎样？

List<Double> list1 = Arrays.asList(1.0d, 2.1d, 3.3d);
List<Double> list2 = Arrays.asList(0.1d, 0.2d, 4d);
List<Integer> result = listCombiner(list1, list2, Double::compareTo);
assertThat(result).containsExactly(1, 1, -1);

这个例子与之前的很像，但是返回值类型为 Integer 而非原来的 Boolean。这是因为 Double 中的 compareTo 方法返回类型为 Integer。

这里可以使用 andThen 在原来的基础上增加额外的处理。这会生成 BiFunction，先对两个输入执行操作，然后接着执行另一个操作。

接下来，新建一个函数来把 Double::compareTo 方法引用强制转换为 BiFunction：

private static <T, U, R> BiFunction<T, U, R> asBiFunction(BiFunction<T, U, R> function) {
 return function;
}

lambda 或者方法引用只在转换后才能变成 BiFunction。可以使用下面 helper 函数把 lambda 显示转换为 BiFunction 对象。

现在，使用 andThen 扩展现有函数的行为：

List<Double> list1 = Arrays.asList(1.0d, 2.1d, 3.3d);
List<Double> list2 = Arrays.asList(0.1d, 0.2d, 4d);
List<Boolean> result = listCombiner(list1, list2,
 asBiFunction(Double::compareTo).andThen(i -> i > 0));
assertThat(result).containsExactly(true, true, false);

6. 总结

本文从 Java Stream 库与自定义函数两个角度探索了 BiFunction 和 BinaryOperator 的用法，了解了如何使用 lambda 和方法引用传递 BiFunction 以及组合函数。

Java 库只提供单个参数和两个参数的函数式接口。需要更多参数，请参阅柯里化获得更多想法。完整的源代码可以在 GitHub 上找到。