【Java入門 - 実践編】関数とラムダ式

はじめに

こんにちは。
スッキリわかるJava入門 実践編の学習を進めています。
この学習記録を備忘録として残しながら、自身の理解を深めたいと思っています。

今回は第1部 / 第3章「関数とラムダ式」について学びました。
関数をオブジェクト化し、「ラムダ式」や「Stream API」で処理することで、プログラムの意図が明確に表現でき、コードがシンプルになります。

この記事が、同じくJavaの学習をしている人にとっても参考になりましたら幸いです。

参考書籍について

• 書籍名：スッキリわかるJava入門 実践編
• 著者：中山清喬
• 出版社：インプレス

目次

1. 本章の要点
   • 関数オブジェクト
   • ラムダ式
   • Stream API
2. 自分なりの解釈

1. 本章の要点

関数オブジェクト

• Javaでは関数を第1級オブジェクトとして扱え、変数に代入したり、メソッドの引数として渡せます。
• 1つの抽象メソッドのみを持つインタフェース（関数インタフェース）を使うことで、関数をオブジェクトとして格納できます。

// 関数インターフェース：1つの抽象メソッドのみを持つ
@FunctionalInterface
interface Calculate {
    int execute(int a, int b);
}

// 関数オブジェクトを変数に代入
Calculate add = (x, y) -> x + y;
Calculate multiply = (x, y) -> x * y;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(add.execute(10, 5));      // 出力：15
        System.out.println(multiply.execute(10, 5)); // 出力：50
    }
}

java.util.functionパッケージの関数インターフェース

import java.util.function.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // Function<入力型, 出力型>：入力を受け取り、出力を返す
        Function<Integer, String> intToString = (n) -> "数字：" + n;
        System.out.println(intToString.apply(42)); // 出力：数字：42
        
        // Predicate<入力型>：入力を受け取り、真偽値を返す
        Predicate<Integer> isPositive = (n) -> n > 0;
        System.out.println(isPositive.test(10));   // 出力：true
        System.out.println(isPositive.test(-5));   // 出力：false
        
        // Consumer<入力型>：入力を受け取り、処理するが値を返さない
        Consumer<String> print = (s) -> System.out.println(s);
        print.accept("こんにちは"); // 出力：こんにちは
    }
}

javaの世界における関数
何らかの情報(Input)を引数として受け取り、
何らかの処理(Process)を行い、
何らかの結果(Output)を戻り値として返す、ひとかたまりの処理ロジックです。

ラムダ式

• ラムダ式とは、名前のないメソッド（無名関数）をシンプルに記述するための文法です。
• ラムダ式を使うことで、関数の実体をプログラム実行中に簡潔に生成できます。
• さまざまな省略記法が用意されており、シンプルな関数なら最小限のコードで記述できます。

// 従来の匿名クラス（冗長）
Function<Integer, Integer> doubleOld = new Function<Integer, Integer>() {
    @Override
    public Integer apply(Integer x) {
        return x * 2;
    }
};

// ラムダ式（簡潔）
Function<Integer, Integer> double1 = (x) -> x * 2;

// さらに省略可能
Function<Integer, Integer> double2 = x -> x * 2;

// メソッド参照で最も簡潔に
class Calculator {
    static int doubleIt(int x) { return x * 2; }
}
Function<Integer, Integer> double3 = Calculator::doubleIt;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(double1.apply(10)); // 出力：20
        System.out.println(double2.apply(10)); // 出力：20
        System.out.println(double3.apply(10)); // 出力：20
    }
}

Stream API

• Stream APIとは、高階関数を活用してコレクションや配列などのデータを処理するためのAPIです。
• コレクションや配列から生成したストリームに対してメソッドを呼ぶことで、
  宣言的なデータ処理が実現できます。

import java.util.*;
import java.util.stream.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        
        // 従来のループ処理（命令的）
        List<Integer> evenNumbers1 = new ArrayList<>();
        for (Integer n : numbers) {
            if (n % 2 == 0) {
                evenNumbers1.add(n * n);
            }
        }
        System.out.println(evenNumbers1); // 出力：[4, 16, 36, 64, 100]
        
        // Stream APIで宣言的に記述
        List<Integer> evenNumbers2 = numbers.stream()
            .filter(n -> n % 2 == 0)      // 中間処理：偶数を絞り込む
            .map(n -> n * n)               // 中間処理：2乗に変換
            .collect(Collectors.toList()); // 終端処理：Listに変換
        System.out.println(evenNumbers2); // 出力：[4, 16, 36, 64, 100]
    }
}

高階関数

引数として関数を受け取る関数を高階関数と呼びます。
filter()やmap()などのメソッドを組み合わせることで、「何をしたいか」に焦点を当てた宣言的な記述ができます。

2. 自分なりの解釈

• 関数をオブジェクトとして扱えることで、処理ロジック自体を値として変数に格納でき、より柔軟なプログラム設計ができるようになった。
• ラムダ式によって、匿名クラスの冗長な記述が不要になり、処理の本質に集中できるようになった。
• Stream APIを使うことで、「どうやってループするか」という詳細を意識せず、「何をしたいか」という意図が明確に表現されるようになった。

---

最後まで見ていただきありがとうございました。
次回は、第1部 / 第4章「JVM制御とリフレクション」について書く予定です。

---