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[Java语言] Java 8 新语法习惯 (for 循环的函数替代方案)

发表于 2018-1-18 08:00:02

我们最常用的迭代一个数据集的方式就是 for 循环,开发人员对它可谓是非常的熟悉。从 Java 8 开始,我们有多个强大的新方法可以帮助我们简化复杂的迭代。在本文中,您将了解如何使用 InStream 方法、range、iterate 和 limit 来迭代范围和跳过范围中的值。还将了解新的 takeWhile 和 dropWhile 方法。

for 循环的麻烦

在 Java 语言的第一个版本中就开始引入了传统的 for 循环,它有一个更加简单的变体 for-each 是在 Java5 中引入的。我们平时最喜欢使用的还是 for-each 执行普通的迭代,但是对于迭代一个范围或者是跳过范围中的值等操作,他们仍会使用 for 循环。

我们看这样一个示例:

  1. Get set...
  2. 0...
  3. 1...
  4. 2...
  5. 3...
复制代码

上面的方法中没有太多的代码非常的简单,但是我们认为这样的迭代还是比较繁琐。Java8 提供了一种更简单、更优雅的替代方法:IntStranm 的 range 方法。我们重写上面的方法:

  1. Get set...
  2. 0...1...2...3...
复制代码

上面重写的例子我们看到并没有显著的减少代码量,但是降低了它的复杂性。这样做有两个重要的原因:

不同于 for,range 不会强迫我们初始化某个可变变量。 迭代会自动执行,所以我们不需要像循环索引一样定义增量。

在语义上,最初的 for 循环中的变量 i 是一个可变变量。理解 range 和类似方法的价值对理解这个设计的结果很有帮助。

可变变量与参数

for 循环中的变量 i 是一个可变变量,它会在每次对循环执行迭代时发生改变。range 示例中的变量 i 是拉姆表达式的参数,所以它在每次迭代中都是一个全新的变量。这是一个细微的区别,但是决定了这两种方法的不同。请看下面的示例:

在内部类中使用索引变量:

  1. Running task 0
  2. Running task 4
  3. Running task 1
  4. Running task 2
  5. Running task 3
复制代码

我们想要在 run 方法中访问变量 i 但是编译器不允许我们这么做。作为这个限制的解决办法,我们可以创建一个局部的临时变量,比如 temp,它是索引变量的一个副本。每次新的迭代变量都会创建变量 temp。在 Java8 之前,我们需要将该变量标记为 final。从 Java8 开始,可以将它视为实际的最终结果,因为我们不会在更改它。无论如何,由于事实上索引变量是一个在迭代中改变的变量,for 循环中就会出现这个额外变量。

下面我们使用 range 函数解决同一个问题。在内部类中使用拉姆表达式参数:

  1. Running task 0
  2. Running task 2
  3. Running task 1
  4. Running task 3
  5. Running task 4
复制代码

在作为一个参数被拉姆表达式接受后,索引变量 i 的语义与循环索引变量有所不同。与上面例子中 的 temp 非常相似,这个 i 参数在每次迭代中都表现为一个全新的变量。它就是实际的最终值,因为我们不会在任何地方修改它的值。因此,我们可以直接在内部类的上下文中使用它。

因为 Runnable 是一个函数接口,所以我们可以轻松地将匿名的内部类替换为拉姆表达式。

  1. Running task 1
  2. Running task 0
  3. Running task 2
  4. Running task 3
  5. Running task 4
复制代码

对于简单的迭代,使用 range 替代 for 具有一定优势,但 for 的特殊价值体现在于它能处理更复杂的迭代场景。让我们看看 range 和其他 java8 方法孰优孰劣。

封闭范围

创建 for 循环时我们可以将索引变量封闭在一个范围之内,比如:

for(int i = 0; i <= 5; i++) {

}[/code]

索引变量 i 接受值 0-5.无需使用 for,我们可以使用 rangeClosed 方法。在下面的示例中我们告诉 IntStranm 将最后一个值限制在该范围:

IntStream.rangeClosed(0, 5)[/code]

迭代此范围时,我们将获得包含边界值 5 在内的值。

跳过值

对于基本的循环,range 和 rangeClosed 方法是 for 的更简单、更优雅的替代方法,但是如果想跳过一些值该怎么办?在这种情况下,for 循环前期工作的需求使得该运算变得非常容易。

for 循环在迭代期间快速跳过两个值:

int total = 0;
for(int i = 1; i <= 100; i = i + 3) {
  total += i;
}[/code]

我们现在考虑使用 IntStream 的 range 方法,再结合使用 filter 或 map。但是,所涉及的工作将比使用 for 循环要多。一种更可行的解决方案是结合使用 iterate 和 limit:

IntStream.iterate(1, e -> e + 3)
  .limit(34)
  .sum()[/code]

iterate 方法很容易使用;它只需要获取一个初始值即可以迭代。作为第二个参数传入的拉姆表达式决定了迭代中的下一个值。类似于我们将一个表达式传递给 for 循环来递增索引变量的值。但是,上面的例子没有参数来告诉 iterate 方法合适停止迭代。如果我们没有限制该值,迭代会一直进行下去。

如何解决这个问题呢?我们对 1 到 100 之间的值感兴趣,而且想从 1 开始跳过两个值。稍加运算,可确定给定范围中有 34 个符合要求的值。所以我们将该数字传递给 limit 方法。

上面的代码是有效的,但是过程太复杂:提前执行数学运算是很麻烦的,而且限制了我们的代码。如果我们决定跳过 3 个值而不是 2 个值,该如何呢?我们又需要更改我们的代码,而且从新数学运算。我们需要一个更好的方法来解决这个问题。

takeWhile 方法

在新版的 Java 9 中即将引入 takeWhile 是一个全新的方法,它使得执行有限的迭代变得更容易。学过 SQL 的同学很容易想到 while 条件语句。使用 takeWhile 可以直接表明只要满足想要的条件,迭代就应该继续执行。

下面是使用 takeWhile 实现迭代的代码:

IntStream.iterate(1, e -> e + 3)
     .takeWhile(i -> i <= 100) //available in Java 9
     .sum()[/code]

无需将迭代限制到预先我们计算过的次数,我们使用提供给 takeWhile 的条件,动态确定如何终止迭代。这种方法很简单,而且更不容易出错。与 takeWhile 方法相反的是 dropWhile,它跳过满足给定条件前的值,这两个方法都是 JDK 中非常需要的补充方法。takeWhile 类似于 break,而 dropWhile 则类似于 continue。从 Java 9 开始,他们将可用于任何类型的 Stream。测试上面的代码需要将 jdk 的版本更新到 9。

逆向迭代

逆向迭代和正向迭代都是非常简单的,无论我们采用 for 循环还是 IntStream。

逆向的 for 循环示例:

for(int i = 5; i > 0; i--) {}[/code]

由于 range 或 rangeClosed 中的第一个参数不能大于第二个参数,所以我们无法使用这两个方法进行逆向的迭代。但是可以使用 iterate 方法:

IntStream.iterate(5, e -> e - 1)
         .limit(5);[/code]

将一个拉姆表达式传递给 iterate 方法,该方法对给定值进行递减,以便沿着相反方向直行迭代。我们使用 limit 函数指定我们希望在迭代周期直行的次数。

总结

传统的 for 循环非常的强大,但是它过于复杂。Java 8 和 Java 9 中的新方法可以帮助我们简化迭代,甚至是复杂的迭代。方法 range、iterate 和 limit 的可变部分较少,有助于提高我们的代码效率。并且还满足了 Java 的一个要求,那就是局部连拉必须声明为 final 然后才能从内部类中访问它。将一个可变索引变量更换为实际的 final 参数只有很小的语义差别,但是它减少了大量的垃圾变量。最终得到更简洁、更优雅的代码。

文章学习地址:

感谢 Venkat Subramaniam 博士



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