람다식

람다식이란?

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자바는 객체 지향 프로그래밍이 소프트웨어 개발의 주요 패러다임이였던 1990년대에 디자인 되었다.

객체 지향 프로그래밍 나오기 오래전부터 Lisp 또는 Scheme 와 같은 함수적 프로그래밍 언어들이 있었는데,

학계를 제외하고는 현업에서 큰 호응 받지 못했다.

 

최근 들어 함수적 프로그래밍이 다시 부각되고 있는데, 병렬 처리와 이벤트 지향 프로그래밍에 적합하기 때문이다.

그래서 객체 지향 프로그래밍과 함수적 프로그래밍을 혼합함으로써 더욱 효율적인 프로그래밍이 될수 있도록 프로그램 개발 언어가 변하고 있다.

 

자바는 함수적 프로그래밍을 위해 자바 8부터 람다식(Lambda Expressions)을 지원하면서 기존의 코드 패턴이 많이 달라졌다. 

람다식은 수학자 알론조 처리(Alonzon Church)가 발표한 람다 계산법에서 사용된 식으로, 이를 제자 존 매카시가 프로그래밍 언어에 도입했다.

 

람다식을 익명함수(anonymous function)를 생성하기 위한 식으로 객체 지향 언어보다는 함수 지향 언어에 가깝다.

객체 지향 프로그래밍에 익숙한 개발자 들은 다소 혼란스러울수 있지만, 자바에서 람다식을 수용한 이유는 자바 코드가 매우 간결해지고, 컬렉션의 요소를 필터링 하거나 매핑해서 원하는 결과를 쉽게 집계 할수 있기 때문이다.

람다식의 형태는 매개변수를 가진 코드블록이지만, 런타임시에는 익명 구현 객체를 생성한다

 

람다식 -> 매개 변수를 가진 코드블록 -> 익명 구현 객체 

 

예를 들어 Runnalbe 인터페이스의 익명 구현 객체를 생성하는 전형적인 코드는 다음과 같다.

 

Runnable runnable = new Runnable(){
	public void run(){...
    }
}

 

위 코드에서 익명 구현 객체를 람다식으로 표현 하면 다음과 같다

Runnable runnable = () -> {...} // 람다식

 

람다식은 "(매개변수)->{실행코드}" 형태로 작성되는데, 마치 함수 정의 형태를 띠고 있지만

런타임시에 인터페이스의 익명 구현 객체로 생성된다.

어떤 인터페이스를 구현 할 것인가는 대입되는 인터페이스가 무엇이냐에 달려있다. 

위 코드는 Runnalbe 변수에 대입되므로 람다식은 Runnalbe 의 익명 구현 객체를 생성하게 된다. 

 

람다식 기본 문법

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함수적 스타일의 람다식을 작성하는 방법은 다음과 같다.

(타입 매개변수 , ...) -> {실행문; ,,,}

 

(타입 매개변수, ..) 는 오른쪽 중괄호 {} 블록을 실행하기 위해 필요한 값을 제공하는 역할을 한다.

매개 변수의 이름은 개발자가 자유롭게 줄 수 있다.  

-> 기호는 매개변수를 이용해서 중괄호 {}를 실행한다는 뜻으로 해석하면 된다.

 

예를 들면 int 매개변수 a를 콘솔에 출력하기 위해 다음과 같이 할수 있다.

(int a) -> {System.out.println(a);}
(a) -> {Sytstem.out.println(a)}
a -> System.out.println(a)

매개 변수 타입은 런타임 시에 대입되는 값에 따라 자동으로 인식 될수 있기 때문에,

람다식에서는 매개변수의 타입을 일반적으로 언급하지 않는다. 

하나의 매개변수만 있다면 괄호 () 를 생략할 수 있고, 하나의 실행문만 있다면 중괄호 {} 생략 할 수 있다. 

 

만약 매개변수가 없다면 람다식에서 매개 변수 자리가 없어 지므로 다음과 같이 빈 괄호()를 반드시 사용해야 한다.

 

() -> {실행문; ...}

중괄호 {}를 실행하고 결과값을 리턴해야 한다면 다음과 같이 return문으로 결과값을 지정할 수 있다. 

(x,y) -> {return x+y;}
(x,y) -> {x+y}

중괄호에 {}에 return 문만 있을 경우, 람다식에는 return 문을 사용하지 않고 다음과 같이 작성하는 것이 정석이다.

 

타켓 타입과 함수적 인터페이스

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람다식의 형태는 매개 변수를 가진 코드 블록이기 때문에 마치 자바의 메소드를 선언하는 것 처럼 보여진다.

자바는 메소드를 단독으로 선언할 수 없고 항상 클래스의 구성 멤버로 선언하기 때문에 ㄹ마다식은 단순히 메소드를 선언하는 것이 아니라 이메 소드를 가지고 있는 객체를 생성해 낸다. 

그럼 어떤 타입의 객체를 생성하는 것일까?? 

 

인터페이스 변수 = 람다식;

 

람다식은 인터페이스 변수에 대입된다.

이 말은 람다식은 인터페이스의 익명 구현 객체르 생성 한다 .

인터페이스는 직접 객체화 할 수 없기 때문에 구현 클래스가 필요한데

람다식은 익명 구현 클래스를 생성하고 객체화 한다.

람다식은 대입될 인터페이스의 종류에 따라 작성 방법이 달라지기 때문에 람다식이 대입될 인터페이스를 람다식의 타겟 타입(target type) 이라고 한다 

 

함수적 인터페이스(@FunctionallInterface)

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모든 인터페이스를 람다식의 타켓 타입으로 사용할 수는 없다.

람다식이 하나의 메소드를 정의하기 때문에 두개 이상의 추상 메소드가 선언된 인터페이스는 람다식을 이용해서 구현객체를 생성 할수 없다.

하나의 추상 메소드가 선언된 인터페이스만이 람다식의 타켓 타입이 될수 있는데, 

이러한 인터페이스를 함수적 인터페이스(funcitional interface)라고 한다.

함수적 인터페이스를 작성할 때 두개 이상의 추상 메소드가 선언되지 않도록 컴파일러가 체킹해주는 기능이 있는데,

인터페이스 선언 시 @FunctionallInterface 어노테이션을 붙이면 된다.

이 어노테이션은 두개 이상의 추상 메소드가 선언된다면 컴파일 오류를 발생 시킨다. 

@FunctionalInterFace
public interface MyFunctionalInterface {
	public void method();
    public void otherMethod(); // 컴파일 오류

}

@FunctionallInterface 어노테이션은 선택 사항이다. 이 어노테이션이 없더라도 하나의 추상 메소드만 있다면 모두 함수적 인터페이스이다. 

그러나 실수로 두개 이상의 추상메소드를 선언하는 것을 방지하고 싶다면 붙여주는 것이 좋다.

람다식은 타켓 타입인 함수적 인터페이스가 가지고 있는 추상 메소드의 선언 형태에 따러서 작성 방법이 달라지는데, 

 

매개 변수와 리턴값이 없는 람다식

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@FunctinalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
	public void method();
}

이 인터페이스를 타겟 타입으로 갖는 람다식은 다음과 같은 형태로 작성해야 한다. 

람다식에서 매개 변수가 없는 이유는 method()가 매개변수를 가지지 않기 때문이다.

MyFunctionalInterFace f1 = () -> {...}

 

람다식이 대입된 인터페이스의 참조 변수는 다음과 같이 method()를  호출 할 수 있다. 

method()호출은 람다식의 중괄호를 {} 실행시킨다.

fi.method();

 

package Chapter14;

public class MyFunctionalInterfaceExample {

    public static void main(String[] args) {

        MyFunctionalInterface functionalInterface = () -> {
            String str = '\u00A9' + " " + "Java";
            System.out.println(str);

        };

        functionalInterface.method();

        functionalInterface = () -> {

            System.out.println("Hello World");
        };
        functionalInterface.method();

        functionalInterface = () -> System.out.println("Hello World");
        functionalInterface.method();
    }
}

 

매개 변수가 있는 람다식

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다음과 같이 매개 변수가 있고 리턴값이 없는 추상 메소드를 가진 함수적 인터페이스가 있다고 보면

 

package Chapter14;

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface2 {
    public void method(int x);
}

 

이 인터페이스를 타켓 타입으로 갖는 람다식은 다음과 같은 형태로 작성해야 한다.

람다식에서 매개 변수가 한 개인 이유는 method() 가 매개 변수를 하나만 가지기 때문이다

MyFunctionalInterface fi = (x) -> {...} or x->{...}

람다식이 대입된 인터페이스 참조 변수는 다음과 같이 method() 를 호출할수 있다. 

매개값으로 5를 주면 람다식의 x 변수에 5가 대입되고 x는 중괄호 {}에서 사용된다.

 

fi.method(5);

package Chapter14;

public class MyFunctionalInterfaceExample {

    public static void main(String[] args) {

 
        MyFunctionalInterface2 functionalInterface2 = (x) -> {
            int result = x * x;
            System.out.println(result);

        };

        functionalInterface2.method(5);

        functionalInterface2 = x -> {
            System.out.println(x * x);
        };

        functionalInterface2.method(5);

        functionalInterface2 = x -> System.out.println(x * x);
        functionalInterface2.method(5);

    }
}

 

리턴값이 있는 람다식

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다음과 같이 매개 변수가 있고 리턴값이 있는 추상 메소드를 가진 함수적 인터페이스가 있다고 보자 

package Chapter14;

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface3 {
    public int method(int x, int y);
}

 

이 인터페이스를 타겟 타입으로 갖는 람다식은 다음과 같은 형태로 작성해야 한다.

람다식에서 매개변수가 두 개인 이유는 method()가 매개변수를 두개 가지기 때문이다,

그리도 method() 가 리턴타입이 있기 때문에 중괄호 {}에는 return 문이 있어야 한다. 

MyFunctionalInterFace fi = (x,y) -> {...; return 값;}

 

만약 중괄호 {}에 return 문만 있고,  return 문 뒤에 연산식이나 메소드 호출이 오는 경우라면 다음과 같이 작성할수 있다

 

MyFunctionalInterface3 fi = (x,y) -> {return x+y}      => MyFunctionalInterface fi = (x,y) -> x+y;

람다식이 대입된 인터페이스 참조 변수는 다음과 같이 method()를 호출할수 있다. 

매개값으로 2와 5를 주면 람다식의 x 변수에 2, y 변수에 5가 대입되고 x와 y는 중괄호 {} 에서 사용된다.

int result = fi.method(2,5);

 

package Chapter14;

public class MyFunctionalInterfaceExample {

    public static void main(String[] args) {

  

        MyFunctionalInterface3 functionalInterface3 = (x, y) -> {
            int result = x * y;
            return result;
        };

        System.out.println(functionalInterface3.method(5, 6));

        functionalInterface3 = (x, y) -> {
            return x * y;
        };
        System.out.println(functionalInterface3.method(5, 6));

        functionalInterface3 = (x, y) -> x * y;
        System.out.println(functionalInterface3.method(5, 6));

        functionalInterface3 = (x, y) -> sum(x, y);
        System.out.println(functionalInterface3.method(5, 6));
    }

    public static int sum(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

 

클래스 멤버와 로컬 변수 사용

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람다식의 실행 블록에는 클래스의 멤버(필드와 메소드) 및 로컬 변수를 사용 할 수 있다. 

클래스의 멤버는 제약 사항 없이 사용 가능하지만, 로컬 변수는 제약 사항이 따른다. 

 

클래스의 멤버 사용

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람다식 실행 블록에는 클래스의 멤버인 필드와 메소드를 제약 사항 없이 사용할 수 있다.

하지만 this 키워드를 사용 할 때에는 주의가 필요하다.  일반적으로 익명 객체 내부에서 this는 익명 객체의 참조이지만,

람다식에서 this는 내부적으로 생성되는 익명 객체의 참조가 아니라 람다식을 실행한 객체의 참조이다 

 

람다식에서 바깥 객체와 중첩 객체의 참조를 얻어 필드값을 출력하는 방법 

중첩 객체 Inner에서 람다식을 실행 했기 때문에 람다식 내부에세의 this는 중첩 객체 Inner 이다.

package Chapter14;

public class UsingThisExample {
    public static void main(String[] args) {
        UsingThis u = new UsingThis();
        UsingThis.Inner i = u.new Inner();
        i.method();
    }
}

 

package Chapter14;

public class UsingThis {

    public int outerField = 10;

    class Inner {
        int innerField = 20;

        void method() {

            MyFunctionalInterface myFunctionalInterface = () -> {
                System.out.println("outerField = " + UsingThis.this.outerField); // 바깥 객체의 참조를 얻기 위해서는 클래스명 this 사용
                System.out.println("outerField = " + outerField);

                System.out.println("innerField = " + this.innerField); // 람다식 내부에서 this 는 inner를 참조
                System.out.println("innerField = " + innerField);

            };
            myFunctionalInterface.method();
        }

    }
}

 

 

로컬 변수 사용

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람다식은 메소드 내부에서 주로 작성되기 때문에 로컬 익명 구현 객체를 생성시킨다고 봐야 한다.

람다식에서 바깥 클래스의 필드나 메소드는 제한 없이 사용할 수 있으나, 메소드의 매개 변수 또는 로컬 변수를 사용하면 이 두 변수는 final 특성을 가져야한다.

매개 변수 또는 로컬 변수를 람다식에서 읽는 것은 허용 되지만, 람다식 내부 또는 외부에서 변경할 수 없다. 

 

package Chapter14;

public class UsingLocalVariable {
    void method(int arg) { // arg는 final 특성을 가진다
        int localVar = 40; //localVar는 final 특성을 가진다 자바 1.8 이상 부터

        //arg = 31 ; //컴파일 오류

        MyFunctionalInterface myFunctionalInterface = () -> {
          // 로컬 변수 읽기
            System.out.println(localVar);
            System.out.println(arg);

        };

        myFunctionalInterface.method();

    }

    public static void main(String[] args) {
        new UsingLocalVariable().method(31);
    }
}