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

Вы уже догадались как привести её к виду

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:

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:

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