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Methoden-Referenzen

Important

🎯 TL;DR

Seit Java8 können Referenzen auf Methoden statt anonymer Klassen eingesetzt werden (funktionales Interface nötig).

Dabei gibt es drei mögliche Formen:

  • Form 1: Referenz auf eine statische Methode: ClassName::staticMethodName (wird verwendet wie (args) -> ClassName.staticMethodName(args))
  • Form 2: Referenz auf eine Instanz-Methode eines Objekts: objectref::instanceMethodName (wird verwendet wie (args) -> objectref.instanceMethodName(args))
  • Form 3: Referenz auf eine Instanz-Methode eines Typs: ClassName::instanceMethodName (wird verwendet wie (o1, args) -> o1.instanceMethodName(args))

Im jeweiligen Kontext muss ein passendes funktionales Interface verwendet werden, d.h. ein Interface mit genau einer abstrakten Methode. Die Methoden-Referenz muss von der Syntax her dieser einen abstrakten Methode entsprechen (bei der dritten Form wird die Methode auf dem ersten Parameter aufgerufen).

Tip

🎦 Videos

Vorlesung [YT], [HSBI]

Demos:

  • Referenz auf statische Methode [YT], [HSBI]
  • Referenz auf Instanz-Methode (Objekt) [YT], [HSBI]
  • Referenz auf Instanz-Methode (Typ) [YT], [HSBI]

Beispiel: Sortierung einer Liste

List<Studi> sl = new ArrayList<Studi>();

// Anonyme innere Klasse
Collections.sort(sl, new Comparator<Studi>() {
    @Override public int compare(Studi o1, Studi o2) {
        return Studi.cmpCpsClass(o1, o2);
    }
});


// Lambda-Ausdruck
Collections.sort(sl, (o1, o2) -> Studi.cmpCpsClass(o1, o2));

// Methoden-Referenz
Collections.sort(sl, Studi::cmpCpsClass);

Anmerkung

Für das obige Beispiel wird davon ausgegangen, dass in der Klasse Studi eine statische Methode cmpCpsClass() existiert:

public static int cmpCpsClass(Studi s1, Studi s2) {
    return s1.getCps() - s2.getCps();
}

Wenn man im Lambda-Ausdruck nur Methoden der eigenen Klasse aufruft, kann man das auch direkt per Methoden-Referenz abkürzen!

  • Erinnerung: Comparator<T> ist ein funktionales Interface
  • Instanzen können wie üblich durch Ableiten bzw. anonyme Klassen erzeugt werden
  • Alternativ kann seit Java8 auch ein passender Lambda-Ausdruck verwendet werden
  • Ab Java8: Referenzen auf passende Methoden (Signatur!) können ein funktionales Interface "implementieren"
    • Die statische Methode static int cmpCpsClass(Studi s1, Studi s2) hat die selbe Signatur wie int compare(Studi s1, Studi s2) aus Comparator<Studi>
    • Kann deshalb wie eine Instanz von Comparator<Studi> genutzt werden
    • Name der Methode spielt dabei keine Rolle

Überblick: Arten von Methoden-Referenzen

  1. Referenz auf eine statische Methode
    • Form: ClassName::staticMethodName
    • Wirkung: Aufruf mit (args) -> ClassName.staticMethodName(args)
  1. Referenz auf Instanz-Methode eines bestimmten Objekts
    • Form: objectref::instanceMethodName
    • Wirkung: Aufruf mit (args) -> objectref.instanceMethodName(args)
  1. Referenz auf Instanz-Methode eines bestimmten Typs
    • Form: ClassName::instanceMethodName
    • Wirkung: Aufruf mit (arg0, rest) -> arg0.instanceMethodName(rest) (arg0 ist vom Typ ClassName)

Anmerkung: Analog zur Referenz auf eine statische Methode gibt es noch die Form der Referenz auf einen Konstruktor: ClassName::new. Für Referenzen auf Konstruktoren mit mehr als 2 Parametern muss ein eigenes passendes funktionales Interface mit entsprechend vielen Parametern definiert werden ...

Methoden-Referenz 1: Referenz auf statische Methode

public class Studi {
    public static int cmpCpsClass(Studi s1, Studi s2) {
        return s1.getCredits() - s2.getCredits();
    }

    public static void main(String... args) {
        List<Studi> sl = new ArrayList<Studi>();

        // Referenz auf statische Methode
        Collections.sort(sl, Studi::cmpCpsClass);

        // Entsprechender Lambda-Ausdruck
        Collections.sort(sl, (o1, o2) -> Studi.cmpCpsClass(o1, o2));
    }
}

Demo: methodreferences.DemoStaticMethodReference

Collections.sort() erwartet in diesem Szenario als zweiten Parameter eine Instanz von Comparator<Studi> mit einer Methode int compare(Studi o1, Studi o2).

Die übergebene Referenz auf die statische Methode cmpCpsClass der Klasse Studi hat die selbe Signatur und wird deshalb von Collections.sort() genauso genutzt wie die eigentlich erwartete Methode Comparator<Studi>#compare(Studi o1, Studi o2), d.h. statt compare(o1, o2) wird nun für jeden Vergleich Studi.cmpCpsClass(o1, o2) aufgerufen.

Methoden-Referenz 2: Referenz auf Instanz-Methode (Objekt)

public class Studi {
    public int cmpCpsInstance(Studi s1, Studi s2) {
        return s1.getCredits() - s2.getCredits();
    }

    public static void main(String... args) {
        List<Studi> sl = new ArrayList<Studi>();
        Studi holger = new Studi("Holger", 42);

        // Referenz auf Instanz-Methode eines Objekts
        Collections.sort(sl, holger::cmpCpsInstance);

        // Entsprechender Lambda-Ausdruck
        Collections.sort(sl, (o1, o2) -> holger.cmpCpsInstance(o1, o2));
    }
}

Demo: methodreferences.DemoInstanceMethodReferenceObject

Collections.sort() erwartet in diesem Szenario als zweites Argument wieder eine Instanz von Comparator<Studi> mit einer Methode int compare(Studi o1, Studi o2).

Die übergebene Referenz auf die Instanz-Methode cmpCpsInstance des Objekts holger hat die selbe Signatur und wird entsprechend von Collections.sort() genauso genutzt wie die eigentlich erwartete Methode Comparator<Studi>#compare(Studi o1, Studi o2), d.h. statt compare(o1, o2) wird nun für jeden Vergleich holger.cmpCpsInstance(o1, o2) aufgerufen.

Methoden-Referenz 3: Referenz auf Instanz-Methode (Typ)

public class Studi {
    public int cmpCpsInstance(Studi studi) {
        return this.getCredits() - studi.getCredits();
    }

    public static void main(String... args) {
        List<Studi> sl = new ArrayList<Studi>();

        // Referenz auf Instanz-Methode eines Typs
        Collections.sort(sl, Studi::cmpCpsInstance);

        // Entsprechender Lambda-Ausdruck
        Collections.sort(sl, (o1, o2) -> o1.cmpCpsInstance(o2));
    }
}

Demo: methodreferences.DemoInstanceMethodReferenceType

Collections.sort() erwartet in diesem Szenario als zweites Argument wieder eine Instanz von Comparator<Studi> mit einer Methode int compare(Studi o1, Studi o2).

Die übergebene Referenz auf die Instanz-Methode cmpCpsInstance des Typs Studi hat die Signatur int cmpCpsInstance(Studi studi) und wird von Collections.sort() so genutzt: Statt compare(o1, o2) wird nun für jeden Vergleich o1.cmpCpsInstance(o2) aufgerufen.

Ausblick: Threads

Erinnerung an bzw. Vorgriff auf Nebenläufige Programmierung (vgl. auch Einführung in die nebenläufige Programmierung (Rheinwerk Verlag) und Lesson: Concurrency (Oracle)):

public interface Runnable {
    void run();
}

Damit lassen sich Threads auf verschiedene Arten erzeugen:

public class ThreadStarter {
    public static void wuppie() { System.out.println("wuppie(): wuppie"); }
}


Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("t1: wuppie");
    }
});

Thread t2 = new Thread(() -> System.out.println("t2: wuppie"));

Thread t3 = new Thread(ThreadStarter::wuppie);

Beispiel: methodreferences.ThreadStarter

Ausblick: Datenstrukturen als Streams

Erinnerung an bzw. Vorgriff auf "Stream-API":

class X {
    public static boolean gtFour(int x) { return (x > 4) ? true : false; }
}

List<String> words = Arrays.asList("Java8", "Lambdas", "PM",
        "Dungeon", "libGDX", "Hello", "World", "Wuppie");

List<Integer> wordLengths = words.stream()
        .map(String::length)
        .filter(X::gtFour)
        .sorted()
        .collect(toList());

Beispiel: methodreferences.CollectionStreams

  • Collections können als Datenstrom betrachtet werden: stream()
    • Iteration über die Collection, analog zu externer Iteration mit foreach
  • Daten aus dem Strom filtern: filter, braucht Prädikat
  • Auf alle Daten eine Funktion anwenden: map
  • Daten im Strom sortieren: sort (auch mit Comparator)
  • Daten wieder einsammeln mit collect

=> Typische Elemente funktionaler Programmierung

=> Verweis auf Wahlfach "Spezielle Methoden der Programmierung"

Wrap-Up

Seit Java8: Methoden-Referenzen statt anonymer Klassen (funktionales Interface nötig)

  • Drei mögliche Formen:
    • Form 1: Referenz auf statische Methode: ClassName::staticMethodName (verwendet wie (args) -> ClassName.staticMethodName(args))
    • Form 2: Referenz auf Instanz-Methode eines Objekts: objectref::instanceMethodName (verwendet wie (args) -> objectref.instanceMethodName(args))
    • Form 3: Referenz auf Instanz-Methode eines Typs: ClassName::instanceMethodName (verwendet wie (o1, args) -> o1.instanceMethodName(args))
  • Im jeweiligen Kontext muss ein passendes funktionales Interface verwendet werden (d.h. ein Interface mit genau einer abstrakten Methode)

Tip

📖 Zum Nachlesen

Lesen Sie zu diesem Thema auch in den Oracle-Tutorials "Writing Lambda Expressions as Method References" (Oracle) und "Combining Lambda Expressions" (Oracle) nach.

Note

✅ Lernziele
  • k2: Ich verstehe die Definition von 'Funktionalen Interfaces' und kann sie erklären
  • k3: Ich kann Methoden-Referenzen lesen und selbst formulieren

Important

🏅 Challenges

Betrachten Sie den folgenden Java-Code:

public class Cat {
    int gewicht;
    public Cat(int gewicht) { this.gewicht = gewicht; }

    public static void main(String... args) {
        List<Cat> clouder = new ArrayList<>();
        clouder.add(new Cat(100));  clouder.add(new Cat(1));  clouder.add(new Cat(10));

        clouder.sort(...);
    }
}
  1. Ergänzen Sie den Methodenaufruf clouder.sort(...); mit einer geeigneten anonymen Klasse, daß der clouder aufsteigend nach Gewicht sortiert wird.
  2. Statt einer anonymen Klasse kann man auch Lambda-Ausdrücke einsetzen. Geben Sie eine konkrete Form an.
  3. Statt einer anonymen Klasse kann man auch Methodenreferenzen einsetzen. Dafür gibt es mehrere Formen. Geben Sie für zwei Formen der Methodenreferenz sowohl den Aufruf als auch die Implementierung der entsprechenden Methoden in der Klasse Cat an.

Unless otherwise noted, this work is licensed under CC BY-SA 4.0.

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