Мульти-арные функции в Java


    Напомню: арность (англ. arity) — это количество параметров функции. Соответсвенно мульти-арные (это слово можно писать вместе или раздельно) функции — это функции с несколькими параметрами. В Java 8 были введены функции с одним и двумя входными параметрами. А как быть если параметров больше?

    Когда надо много входных параметров


    В Java существует Function<X, R> и BiFunction<X, Y, R>, где X и Y это типы входных параметров, а R — тип выходного параметра. А вот функции с тремя и большим количеством входных параметров необходимо определять самому.
    Откуда такая несправедливость? Почему в классе можно определять метод с любым количестаом параметров, а функции с тремя и больше параметров надо определять специально?
    Но если надо — попробуем определить. Но как? Наверняка вы слышали о карринге — методе преобразования функции с N параметрами в функцию с N — 1 параметрами. И наверное это первое, что сразу многим прийдет на ум: Мне необходимо мою многопараметрическую (мультиарную) функцию каррировать! Но вот как преобразовать вашу конкретную функцию?
    Например, у вас есть функция

    $g(x,y) = sin(x + cos(x*y + min(x,y)))$


    Вы уже догадались как привести её к виду

    $g(x,y) = f2(f1(x), y)$

    Или это трудновато? Как он делается, этот самый карринг? Вроде недавно попадалась статья на эту тему…
    Не буду вас дальше мучить. Не пугайтесь. Java 8 делает это за вас. Например, чтобы дальше определять функции с тремя входными параметрами:

    $r = f(a, b, c)$

    вам надо сначала однажды определить интерфейс:
    @FunctionalInterface
    public interface Function3Arity<A, B, C, R>  {
       R apply(A a, B b, C c);
    }
    

    После этого вы можете определять конкретные варианы тернарных (трех-арных) функций. Например вот так:
    private static Function3Arity<Integer, String, Integer, String> f3 = 
          (a, op, b) ->{return "" + a + op + b + "=" + (a+b);}; 

    Проверим, как это работает:
    @Test
    public void testFunction3Arity() {
       String result = f3.apply(2, "+", 3);
       assertEquals("2+3=5", result);
    }
    

    Соответствующие интерфейсы вы должны определить для каждой используемой арности N=3,4,…
    И все бы хорошо, да худо только в том, что прийти к этому решению рациональным путем просто невозможно. (Если Вы как и я не являетесь экспертом в области функционального программирования). Я имею ввиду способность метода apply воспринимать и правильно интерпретировать произвольное количество параметров. В документации это не написано. И не написано, можно ли это сделать как-нибудь другим способом. А я, когда передо мной возникла эта задача, надеялся найти нечто подобное в спецификации класса Function или содержащего её пакета. Например здесь или здесь.

    Когда надо много выходных параметров


    Мы рассмотрели пример, где было много входных параметров. А что делать, если у нас много выходных параметров?
    Как известно, Java позволяет с помощью return возвращать только один примитивный элемент или объект. А хотелось бы иметь возможность уже на уровне сигнатуры функции различать входные и выходные параметры. Т.е. иметь сигнатуры типа:

    $(c, d) = f(a, b)$

    К сожалению, сделать это напрямую не получится. Выходные параметры надо как-то структурировать. Для этого можно создавать временный обьект либо записывать параметры в список (List<?>). Первыи способ тяжеловесен а второй неприятен потерей статического контроля над типами выходных параметров, если эти типы разные.
    С моей точки зрения, более элегантным является использование <TupleN<X1,X2, ..Xn>.
    Например, класс Tuple2 выглядит вот так:
    public class Tuple2<A, B> {
       public final A a1;
       public final B a2;
       
       public Tuple2(A t, B u) {
           a1 = Objects.requireNonNull(t);
           a2 = Objects.requireNonNull(u);
       }
       
       @Override
       public boolean equals(Object o) {…}
         
       @Override
       public int hashCode() {…}
    }

    С помощью этого класса функцию с тремя входными и двумя выходными параметрами можно определить вот так:
    private static Function3Arity<Integer, String, Integer, Tuple2<Integer, String>> f3And2 =
          (a, op, b) ->{
             int intValue = a + b;
             String sValue = "" + a + op + b + "=" + (a+b);
             return new Tuple2<>(intValue, sValue);
             };     
    

    Проверим как это работает:
    @Test
    public void testFunction3And2Arity() {
       Tuple2<?,?> result = f3And2.apply(2, "+", 3);
       assertEquals(5, result.a1);
       assertEquals("2+3=5", result.a2);
    }

    Заключительное правило


    1. Если в вашей функции 3 и больше входных параметра(ов) — вам необходимо определить новый N-арный интерфейс и с его помощью в последующем определять конкретные функции.
    2. Если в вашей функции 2 и больше выходных параметра(ов) — определите класс TupleN и пакуйте в него параметры перед выводом из функции с помощью return.

    Код примеров вы найдете в моём проекте на GitHub здесь.
    Иллюстрация: geralt
    Share post

    Comments 15

      +2

      Я бы предложил пару вещей, которые можно сделать со статьей, чтобы она больше соответствовала формату:


      1. Оформлять блоки кода как блоки кода
      2. Пометить статью как "Tutorial", т.к. это базовые знания по Java и будут полезны начинающим
      3. Лично я бы убрал загадочные формулы с синусами и упоминание карринга, это совершенно нерелевантно
      4. Быть более снисходительным к документации, вещи вроде "И все бы хорошо, да худо только в том, что прийти к этому решению рациональным путем просто невозможно" не совсем отражают положение вещей. Мне кажется, любой, кто использует Java 8 больше чем пару дней знает про функциональные интерфейсы и они описаны в ссылке на документацию, которая приводится в статье — Function прямо говорит, что это Functional interface.
        –2
        Спасибо за Ваши замечания. Постараюсь ответить на некоторые.
        1. Вы можете проверить это в HTML страницы- кодовые блоки оформлены в соответствии с возможностями сайта с помощью HTML-блоков code. Но я согласен, код выглядит плохо. Я заметил, некоторые авторы помещают цветные скриншоты. Согласен, оформлять код надо получше, с цветами элементов и т.д.
        2. Tutorial для меня нечто большее.
        3. Пассаж с каррингом очевидно на Вас не подействовал. Суть вопроса в том, как нормальный Java программист, не знающий про магию функции apply будет определять функцию с тремя аргументами. Наверное он вспомнит что есть карринг. Шутка не удалась.
        4. Про снисходительность совершенно с Вами не согласен. Речь идет о том, что функция apply не-до-документирована. Её важнейшее свойство не описано вообще. Однако — спасибо за Ваше замечание. Я подправил текст и усилил именно этот аспект.
          0
          Или мне показалось, или на сервере Хабра работает постпроцессор. Теперь я уже не очень уверен, но мне кажется, первый час после опубликования цветов в фрагментах кода не было. Соответствующих форматирований нет и в моём оригинальном коде. Это точно.
          Видимо этим объясняется и предложение N1 из певого комментаоия.
          Видимо постпроцессор за этот час поработал и сделал код симпатичнее.
            0
            Моя гипотеза с постпроцессором подтвердилась. Только в качестве «постпроцессора» выступил один из редакторов сайта, который любезно заменил HTML тэги предлагаемые редактором текстов на другие, мне до этого не известные.
            Как следствие этой замены, дискуссия о форматирования кода и предложение из первого комментария становятся неактуальными.
            +5

            Функция apply тут не при чем, метод может называться как угодно. Любой интерфейс с единственным методов (SAM, single abstract method) может быть функциональным интерфейсом. И документация про это говорит: "Each functional interface has a single abstract method, called the functional method for that functional interface, to which the lambda expression's parameter and return types are matched or adapted".

              0
              И все же я писал статью о мультиарных функциях. Как их определять, документация умалчивает. На то я и сетую. Поэтому я метод apply отношу к категории не-до-определённых. Речь идет не об интерфейсах, а о методе apply.
                +1
                Метод apply мог бы назваться горшком и это ничего ты не поменяло. Именно из за этого документация умалчивает об этой «магии». Просто никакой магии тут нет. Ещё раз: не надо назвать метод apply, чтобы интерфейс стал функциональным. Даже аннотация не нужна. Т.е. статья вцелом совершенно непонятно о чем.
                  0
                  Эта статья о мультиарных функциях в Java, о чем и говорит её заголовок. Тема эта не очень простая. Об этом можно судить по запросам в разных форумах и иногда очень неожиданным ответам на них. С моей точки зрения, эта тема заслуживает одной странички в любой книге по Java 8 или Java 9. Но мне пока такая книга пока не встретилась. Я не исключаю, что такая книга всё же на свете есть.
                  Не оставляю надежды, что некоторым читателям статья показалась полезной в их практической деятельности.
                    +2
                    Т.е. статью можно было сократить до следующего утверждения: если вы хотите использовать функции (лямбды), которых нет в стандартной библиотеке, функциональные интерфейсы для них придется сделать самим.
          +5

          Есть у меня несколько замечаний.


          Наверняка вы слышали о карринге — методе преобразования функции с N параметрами в функции с N + 1 параметрами

          Кажется вы не понимаете, что такое "карринг". В Java он выглядел бы, например, как представление объекта BiFunction<X, Y, R> в виде Function<X, Function<Y, R>>. Такой финт позволяет реализовать любую арность только через интерфейс Function.
          Ну а ваш пример с f2(f1(x), y) неверен. Да и дальше по тексту карринг нигде не упоминается.


          прийти к этому решению рациональным путем просто невозможно

          Не соглашусь. Выражать функции 3-х аргументов с помощью методов с 3-мя параметрами это наиболее рациональная и очевидная вещь, какую только можно сделать. Документация подобные факты упоминать не будет по тем же причинам — это и так должно быть очевидно.


          трехарных

          Тернарных.

            –1
            Большой разницы между вашим примером для BiFunction… и моим для f2 я не вижу, только порядок аргументов разный.
            Про очеаидность не соглашусь. Попробуйте сделать в Stackoverflow запрос «Trifunction java» и посмотрите заодно какие там даются экспертами советы.
            «Трех-арных» было употреблено как бы в созвучие слову из заголовка «мультиарные». Но текст я подправил. Спасибо.
              +1
              Большой разницы между вашим примером для BiFunction… и моим для f2 я не вижу

              Возможно я выразился немного запутано, позвольте объяснить подробнее.
              Функция f2 в вашем примере является двуместной, об этом говорит запятая в списке её аргументов. Будь она каррированной, у неё был бы всего один параметр.


              Более формально — пусть у вас есть функция f : (A x B) -> R (где A x B — декартово произведение).
              Каррированная её версия являлась бы отображением g : A -> (B -> R), то есть функцией одного аргумента, результатом работы которой тоже является функция одного аргумента. Такого вида функции как раз часто встречаются в функциональных языках.

                0
                С примером функции f2 вы правы. Этот литературный прием наверное в данном контексте неуместен, может запутать новичка в функциональном программировании на Java и раздосадовать специалиста. Идея состояла в том, что не надо каррировать функции самому вообще.
                Чтобы Ваш комментарий остался понятен и последующим читателям, я тем не менее не буду в этом месте изменять текст статьи.
            –1
            честно говоря вообще не понял о чем статья. сделал конструктор, описал в нем хоть миллион переменных. объявил объект. если и этого мало, можно сделать вектор из объектов и запихать в него всю большую энциклопедию побуквенно и передать куда угодно.
              0
              Фактически вы ставите под сомнение необходимость использования функций в Java. Зачем нужны функции, если есть объекты?
              Но это самостоятельный вопрос, ответ на который разработчики Java дали в верси 8 введением функций в состав языка.
              А моя статья рассказывает о специальной разновидности функций.
              Кстати, метод использования Tuple для многих выходных параметров актуален и для обьектов.

            Only users with full accounts can post comments. Log in, please.