람다식(Lambda expression)

💡 학습 목표
1. 람다식의 기본 개념과 문법을 직접 말할 수 있다.
2. 기존의 자바 코드를 람다식 표현법을 사용해서 작업할 수 있다.
3. 함수형 인터페이스(Functional Interface)가 무엇인지 간단하기 말할 수 있다.
4. 자바8 버전부터 제공해주는 interface Function<T, R> 을 활용할 수 있다.

1. 람다식

자바에서 람다식(Lambda expression)은 함수형 프로그래밍 개념을 도입한 것으로, 익명 함수(이름이 없는 함수)를 간결하게 표현할 수 있게 해준다, 람다식은 자바 버전 8(2014년 출시)부터 사용할 수 있다. 추가로 자바 8은 함수형 프로그래밍을 지원하기 위한 여러 기능을 함께 도입했다.

즉, 람다식을 사용하면 코드가 간결해지고, 특히 컬렉션이나 스트림 API 을 처리할 때 매우 유용하다.

람다식은 주로 간단한 작업을 한 줄의 코드로 처리할 때 많이 사용하며 예를 들어, 리스트의 요소를 하나씩 처리할 때 기존 방식보다 훨씬 간단하게 표현할 수 있다. (스트림 API 학습 후 알아보자)

2. 함수형 프로그래밍

수학적 함수의 개념에 기반한 함수를 기본 단위로 사용하여 문제를 해결하는 프로그래밍 패러다임이다.

순수 함수: 입력이 동일하면 항상 동일한 출력을 반환하는 함수로, 함수의 실행이 프로그램 상태나 외부 변수에 의존하지 않습니다. 즉, 부작용(side effects)이 없다.
불변성: 함수형 프로그래밍에서는 데이터를 변경하지 않고, 변경이 필요할 때는 기존 데이터를 복사한 후 수정합니다. 이는 불변 객체와 연결된다.
고차 함수: 함수를 인자로 전달하거나 함수에서 함수를 반환할 수 있습니다. 함수는 일급 객체(First-class citizen)로 취급된다.
함수 조합: 여러 함수를 조합하여 더 복잡한 함수를 만들 수 있으며, 이를 통해 코드를 간결하고 모듈화할 수 있다.
대표 언어 : Haskell, Scala 등

3. 람다식의 기본 문법

람다식의 기본 형태

(매개변수) -> { 코드 블록 }

매개변수: 함수가 입력받는 값이다.
->: 람다식에서 매개변수와 실행할 코드를 구분하는 화살표이다.
코드 블록: 매개변수로 받은 값으로 처리할 내용을 작성하는 부분이다.

람다식을 사용하기 위한 주요 개념 (반드시 이해!)

람다식을 사용하기 위해 자바에서는 함수형 인터페이스(Functional Interface)가 필요하다. 함수형 인터페이스는 단 하나의 추상 메서드만 가지고 있는 인터페이스를 말한다. 대표적인 예로는 Runnable, Callable, Comparator, Consumer 등이 있다.

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    void doSomething();
}

: 추상 메서드만 단 하나만 가지므로 람다식을 사용하여 구현할 수 있다.

자 그럼 두 수를 입력 받아 더하는 add() 함수를 만들어 본다면 아래와 같은 코드가 된다.

int add(int x, int y){
    return x + y;
}

위 코드를 람다 식으로 변경한다면 코드는 어떻게 될까?

(int x, int y) -> {return x + y;}

시나리오 코드 1

package ch01;

// 람다식을 사용하기 위해서는 
// 함수형 인터페이스가 먼저 만들어져 있어야 한다. 
@FunctionalInterface
interface MathOperation {
	int operate(int x, int y);
	//int perate1(int x, int y);
}


public class MainTest {
	public static void main(String[] args) {
		
		// 핵심 ! 
		// 함수형 인터페이스를 활용해서 내가 필요한 식을(람다 형태)을 직접 정의한다.
		// 식을 만들었다면 필요한 시점에 간결하게 호출해서 사용한다. 
		
		// 식을 만들어 보자. 
		MathOperation add =  (int x, int y) -> {return x + y;};
		MathOperation subtract =  (int x, int y) -> {return x - y;};
		MathOperation divide =  (int x, int y) -> {return x / y;};
		MathOperation multiply =  (int x, int y) -> {return x * y;};
		
		
		// 람다식을 호출하여 결과를 출력해 보자. 
		System.out.println("10 + 10 = " + add.operate(10, 10));
		System.out.println("10 - 10 = " + subtract.operate(10, 10));
		System.out.println("10 / 10 = " + divide.operate(10, 10));
		System.out.println("10 * 10 = " + multiply.operate(10, 10));
		
		
	}

}

시나리오 코드 2

package ch01;

// 람다식을 사용하기 위해서는
// 함수형 인터페이스가 먼저 만들어져 있어야 한다.
@FunctionalInterface
interface MathOperation {
	int operate(int x, int y);
}

public class MainTest {

	public static void main(String[] args) {
		
		// 핵심 !
		// 함수형 인터페이스를 활용해서 내가 필요한 식을 (람다 형태)를 직접 정의한다.
		// 식을 만들었다면 필요한 시점에 간결하게 호출해서 사용한다.
		
		// 식을 만들어 보자.
		MathOperation add = (int x, int y) -> x + y;
		MathOperation subtract = (int x, int y) -> x - y;
		MathOperation divide = (int x, int y) -> {
			if (y == 0) {
				System.out.println("Error : 어떤 수를 0으로 나눌 수 없음!!");
				return 0;
			} else {
				return x / y;
			}
		};
		MathOperation multiply = (int x, int y) -> x * y;
		System.out.println("10 + 10 = " + add.operate(10, 10));
		System.out.println("10 - 10 = " + subtract.operate(10, 10));
		System.out.println("10 / 10 = " + divide.operate(10, 0));
		System.out.println("10 * 10 = " + multiply.operate(10, 10));
		
	}
}

차이점 확인!!

객체 지향 프로그래밍에서는 객체를 중심으로 코드를 작성하고, 그 객체 내의 메서드를 통해 동작을 정의한다.
반면에 람다식은 함수형 프로그래밍 스타일을 반영하여 함수 자체를 간결하게 정의하고 사용한다.

객체 지향 방식 예제 살펴보기

// 객체 지향적으로 계산기를 구현
class Calculator {

    public int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }

    public int subtract(int x, int y) {
        return x - y;
    }

    public int multiply(int x, int y) {
        return x * y;
    }

    public int divide(int x, int y) {
        if (y == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Cannot divide by zero");
        }
        return x / y;
    }
}

public class MainTestOOP {
    public static void main(String[] args) {
        // 객체를 생성해서 메서드를 호출
        Calculator calculator = new Calculator();

        System.out.println("10 + 5 = " + calculator.add(10, 5));
        System.out.println("10 - 5 = " + calculator.subtract(10, 5));
        System.out.println("10 * 5 = " + calculator.multiply(10, 5));
        System.out.println("10 / 5 = " + calculator.divide(10, 5));
    }
}

람다식(함수형 프로그래밍) 방식 예제 살펴 보기

// 함수형 인터페이스 선언
@FunctionalInterface
interface MathOperation {
    int operate(int x, int y);
}

public class MainTestFP {

    public static void main(String[] args) {

        // 각 연산을 람다식으로 정의
        MathOperation add = (x, y) -> x + y;
        MathOperation subtract = (x, y) -> x - y;
        MathOperation multiply = (x, y) -> x * y;
        MathOperation divide = (x, y) -> {
            if (y == 0) {
                throw new IllegalArgumentException("Cannot divide by zero");
            }
            return x / y;
        };

        // 람다식으로 정의된 연산을 호출
        System.out.println("10 + 5 = " + add.operate(10, 5));
        System.out.println("10 - 5 = " + subtract.operate(10, 5));
        System.out.println("10 * 5 = " + multiply.operate(10, 5));
        System.out.println("10 / 5 = " + divide.operate(10, 5));
    }
}

객체 지향 프로그래밍은 상태와 동작을 함께 관리하고 구조적으로 코드를 작성하는 데 강점이 있다.
람다식과 함수형 프로그래밍은 간단한 동작을 간결하게 표현하고, 함수 자체를 유연하게 재사용할 수 있다.

4. Function 인터페이스

Function<T, R> 인터페이스는 자바에서 한 개의 입력을 받아서 하나의 출력을 반환하는 함수형 인터페이스이다. T는 입력 타입, R은 반환 타입을 의미한다.

개발 목적

자바 8에서 함수형 프로그래밍의 개념이 도입되면서, 함수를 일급 객체로 취급할 수 있는 방식이 필요했기 때문에 제공되는 인터페이스 이다(자바 개발자들이 만들어 준 인터페이스 ! )

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
}

예시

Function<Integer, Double>: 입력은 Integer 타입(정수)이고, 출력은 Double 타입(실수)이다.
Function<String, Integer>: 입력은 String 타입(문자열)이고, 출력은 Integer 타입(정수)이다.

이 함수형 인터페이스는 주로 데이터를 변환하거나 처리할 때 유용하다. 예를 들어, 특정 값을 받아서 그 값을 가공한 결과를 반환하는 로직을 간단하게 람다식으로 작성할 수 있다.

시나리오 코드 3

문제 해결 - 과일 상점에 상품들을 할인된 가격으로 출력 시켜야 한다.

과일 상점에서 세 가지 과일을 판매합니다:
사과 1개의 가격은 1200원
바나나 1개의 가격은 500원
오렌지 1개의 가격은 800원
각 과일의 수량을 입력받고(x 값이 되고) , 각 과일의 구매 총액을 계산한 후 10% 할인된 가격을 계산하는 프로그램을 작성하세요.

package ch01;

import java.util.function.Function;

public class FruitShop {

	public static void main(String[] args) {
		// 함수형 인터페이스 --> Function<T, R>

		// 1. 각 과일의 가격을 람다식으로 만들어보자.
		// 예 : 사과 1 개는 가격 1200원 이다.
		Function<Integer, Integer> applePrice = x -> x * 1200;
		Function<Integer, Integer> bananaPrice = x -> x * 500;
		Function<Integer, Integer> orangePrice = x -> x * 800;

		// 2. 사용 부분 - 각 과일을 10개 씩 구매했을 때 가격을 계산하세요
		System.out.println("사과 10개의 가격은 : " + applePrice.apply(10));
		System.out.println("바나나 10개의 가격은 : " + bananaPrice.apply(10));
		System.out.println("오렌지 10개의 가격은 : " + orangePrice.apply(10));

		// 3. 10% 할인을 적용하는 람다식을 작성하세요.
		Function<Integer, Integer> discount = price -> (int) (price * 0.9);
		
		// 4. 할인된 금액을 출력해보자
		System.out.println("사과 10개의 할인된 가격 : " + discount.apply(applePrice.apply(10)));
		System.out.println("바나나 10개의 할인된 가격 : " + discount.apply(bananaPrice.apply(10)));
		System.out.println("오렌지 10개의 할인된 가격 : " + discount.apply(orangePrice.apply(10)));
	}

}

5. 도전과제

두 수를 입력 받아 큰 값을 출력하는 기능을 만들어 보세요 단, 람다 표현식을 사용하세요

1. 함수형 인터페이스 선언
2. 람다 표현식 설계
3. 데이터 입력후 결과 확인

package ch01;

import java.util.Scanner;

// 1. 함수형 인터페이스 선언
@FunctionalInterface
interface MaxOperation {
	int max(int a, int b);
}

public class MaxValueFinder {

	public static void main(String[] args) {

		// 2. 람다식 설계 : 두 수를 비교하여 큰 값을 반환하는 식을 작성
		// 아래에 문제를 푸세요
		MaxOperation findMax = (int a, int b) -> a > b ? a : b;

		// 3. 데이터 입력
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);

		System.out.println("첫번째 숫자를 입력하시오 : ");
		int num1 = scanner.nextInt();

		System.out.println("두번째 숫자를 입력하시오 : ");
		int num2 = scanner.nextInt();

		// 4. 람다식 호출 및 결과 출력
		System.out.println(findMax.max(num1, num2));

		scanner.close();

	}

}

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람다식(Lambda expression) - 부록2