C#——Lambda 表达式

叁歲伎倆 2023-01-05 01:20 184阅读 0赞

## C\#——Lambda 表达式 ##

“Lambda 表达式”是采用以下任意一种形式的表达式：

*  表达式 lambda，表达式为其主体：

(input-parameters) => expression

*  语句 lambda，语句块作为其主体：

(input-parameters) => {
         <sequence-of-statements> }

使用 lambda 声明运算符=> 从其主体中分离 lambda 参数列表。 若要创建 Lambda 表达式，需要在 Lambda 运算符左侧指定输入参数（如果有），然后在另一侧输入表达式或语句块。

任何 Lambda 表达式都可以转换为委托类型。 Lambda 表达式可以转换的委托类型由其参数和返回值的类型定义。 如果 lambda 表达式不返回值，则可以将其转换为 Action 委托类型之一；否则，可将其转换为 Func 委托类型之一。 例如，有 2 个参数且不返回值的 Lambda 表达式可转换为 Action<T1,T2> 委托。 有 1 个参数且不返回值的 Lambda 表达式可转换为 Func<T,TResult> 委托。 以下示例中，lambda 表达式 x => x \* x（指定名为 x 的参数并返回 x 平方值）将分配给委托类型的变量：

Func<int, int> square = x => x * x;
    Console.WriteLine(square(5));
    // Output:
    // 25

表达式 lambda 还可以转换为表达式树类型，如下面的示例所示：

System.Linq.Expressions.Expression<Func<int, int>> e = x => x * x;
    Console.WriteLine(e);
    // Output:
    // x => (x * x)

可在需要委托类型或表达式树的实例的任何代码中使用 lambda 表达式，例如，作为 Task.Run(Action) 方法的参数传递应在后台执行的代码。 用 C\# 编写 LINQ 时，还可以使用 lambda 表达式，如下例所示：

int[] numbers = {
         2, 3, 4, 5 };
    var squaredNumbers = numbers.Select(x => x * x);
    Console.WriteLine(string.Join(" ", squaredNumbers));
    // Output:
    // 4 9 16 25

如果使用基于方法的语法在 System.Linq.Enumerable 类中（例如，在 LINQ to Objects 和 LINQ to XML 中）调用 Enumerable.Select 方法，则参数为委托类型 System.Func<T,TResult>。 如果在 System.Linq.Queryable 类中（例如，在 LINQ to SQL 中）调用 Queryable.Select 方法，则参数类型为表达式树类型 Expression<Func<TSource,TResult>>。 在这两种情况下，都可以使用相同的 lambda 表达式来指定参数值。 尽管通过 Lambda 创建的对象实际具有不同的类型，但其使得 2 个 Select 调用看起来类似。

## 表达式 lambda ##

表达式位于 => 运算符右侧的 lambda 表达式称为“表达式 lambda”。 表达式 lambda 会返回表达式的结果，并采用以下基本形式：

(input-parameters) => expression

表达式 lambda 的主体可以包含方法调用。 不过，若要创建在 .NET 公共语言运行时 (CLR) 的上下文之外（如在 SQL Server 中）计算的表达式树，则不得在 lambda 表达式中使用方法调用。 在 .NET 公共语言运行时 (CLR) 上下文之外，方法将没有任何意义。

## 语句 lambda ##

语句 lambda 与表达式 lambda 类似，只是语句括在大括号中：

(input-parameters) => {
         <sequence-of-statements> }

语句 lambda 的主体可以包含任意数量的语句；但是，实际上通常不会多于两个或三个。

Action<string> greet = name =>
    {
        
        string greeting = $"Hello {name}!";
        Console.WriteLine(greeting);
    };
    greet("World");
    // Output:
    // Hello World!

不能使用语句 lambda 创建表达式树。

## lambda 表达式的输入参数 ##

将 lambda 表达式的输入参数括在括号中。 使用空括号指定零个输入参数：

Action line = () => Console.WriteLine();

如果 lambda 表达式只有一个输入参数，则括号是可选的：

Func<double, double> cube = x => x * x * x;

两个或更多输入参数使用逗号加以分隔：

Func<int, int, bool> testForEquality = (x, y) => x == y;

有时，编译器无法推断输入参数的类型。 可以显式指定类型，如下面的示例所示：

Func<int, string, bool> isTooLong = (int x, string s) => s.Length > x;

输入参数类型必须全部为显式或全部为隐式；否则，便会生成 CS0748 编译器错误。

从 C\# 9.0 开始，可以使用弃元指定 lambda 表达式中不使用的两个或更多输入参数：

Func<int, int, int> constant = (_, _) => 42;

使用 lambda 表达式提供事件处理程序时，lambda 弃元参数可能很有用。

为了向后兼容，如果只有一个输入参数命名为 *，则在 lambda 表达式中，* 将被视为该参数的名称。

## 异步 lambda ##

通过使用 async 和 await 关键字，你可以轻松创建包含异步处理的 lambda 表达式和语句。 例如，下面的 Windows 窗体示例包含一个调用和等待异步方法 ExampleMethodAsync的事件处理程序。

public partial class Form1 : Form
    {
        
        public Form1()
        {
        
            InitializeComponent();
            button1.Click += button1_Click;
        }
    
        private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
        
            await ExampleMethodAsync();
            textBox1.Text += "\r\nControl returned to Click event handler.\n";
        }
    
        private async Task ExampleMethodAsync()
        {
        
            // The following line simulates a task-returning asynchronous process.
            await Task.Delay(1000);
        }
    }

你可以使用异步 lambda 添加同一事件处理程序。 若要添加此处理程序，请在 lambda 参数列表前添加 async 修饰符，如下面的示例所示：

public partial class Form1 : Form
    {
        
        public Form1()
        {
        
            InitializeComponent();
            button1.Click += async (sender, e) =>
            {
        
                await ExampleMethodAsync();
                textBox1.Text += "\r\nControl returned to Click event handler.\n";
            };
        }
    
        private async Task ExampleMethodAsync()
        {
        
            // The following line simulates a task-returning asynchronous process.
            await Task.Delay(1000);
        }
    }

## lambda 表达式和元组 ##

自 C\# 7.0 起，C\# 语言提供对元组的内置支持。 可以提供一个元组作为 Lambda 表达式的参数，同时 Lambda 表达式也可以返回元组。 在某些情况下，C\# 编译器使用类型推理来确定元组组件的类型。

可通过用括号括住用逗号分隔的组件列表来定义元组。 下面的示例使用包含三个组件的元组，将一系列数字传递给 lambda 表达式，此表达式将每个值翻倍，然后返回包含乘法运算结果的元组（内含三个组件）。

Func<(int, int, int), (int, int, int)> doubleThem = ns => (2 * ns.Item1, 2 * ns.Item2, 2 * ns.Item3);
    var numbers = (2, 3, 4);
    var doubledNumbers = doubleThem(numbers);
    Console.WriteLine($"The set {numbers} doubled: {doubledNumbers}");
    // Output:
    // The set (2, 3, 4) doubled: (4, 6, 8)

通常，元组字段命名为 Item1、Item2 等等。但是，可以使用命名组件定义元组，如以下示例所示。

Func<(int n1, int n2, int n3), (int, int, int)> doubleThem = ns => (2 * ns.n1, 2 * ns.n2, 2 * ns.n3);
    var numbers = (2, 3, 4);
    var doubledNumbers = doubleThem(numbers);
    Console.WriteLine($"The set {numbers} doubled: {doubledNumbers}");

## 含标准查询运算符的 lambda ##

在其他实现中，LINQ to Objects 有一个输入参数，其类型是泛型委托 Func 系列中的一种。 这些委托使用类型参数来定义输入参数的数量和类型，以及委托的返回类型。 Func 委托对于封装用户定义的表达式非常有用，这些表达式将应用于一组源数据中的每个元素。 例如，假设为 Func<T,TResult> 委托类型：

public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg)

可以将委托实例化为 Func<int, bool> 实例，其中 int 是输入参数，bool 是返回值。 返回值始终在最后一个类型参数中指定。 例如，Func<int, string, bool> 定义包含两个输入参数（int 和 string）且返回类型为 bool的委托。 下面的 Func 委托在调用后返回布尔值，以指明输入参数是否等于 5：

Func<int, bool> equalsFive = x => x == 5;
    bool result = equalsFive(4);
    Console.WriteLine(result);   // False

参数类型为 Expression 时，也可以提供 Lambda 表达式，例如在 Queryable 类型内定义的标准查询运算符中提供。 指定 Expression 参数时，lambda 编译为表达式树。

下面的示例使用 Count 标准查询运算符：

int[] numbers = {
         5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
    int oddNumbers = numbers.Count(n => n % 2 == 1);
    Console.WriteLine($"There are {oddNumbers} odd numbers in {string.Join(" ", numbers)}");

编译器可以推断输入参数的类型，或者你也可以显式指定该类型。 这个特殊 lambda 表达式将计算那些除以 2 时余数为 1 的整数的数量 (n)。

下面的示例生成一个序列，其中包含 numbers 数组中位于 9 之前的所有元素，因为这是序列中第一个不符合条件的数字：

int[] numbers = {
         5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
    var firstNumbersLessThanSix = numbers.TakeWhile(n => n < 6);
    Console.WriteLine(string.Join(" ", firstNumbersLessThanSix));
    // Output:
    // 5 4 1 3

以下示例通过将输入参数括在括号中来指定多个输入参数。 此方法返回 numbers 数组中的所有元素，直至遇到值小于其在数组中的序号位置的数字为止：

int[] numbers = {
         5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
    var firstSmallNumbers = numbers.TakeWhile((n, index) => n >= index);
    Console.WriteLine(string.Join(" ", firstSmallNumbers));
    // Output:
    // 5 4

## Lambda 表达式中的类型推理 ##

编写 lambda 时，通常不必为输入参数指定类型，因为编译器可以根据 lambda 主体、参数类型以及 C\# 语言规范中描述的其他因素来推断类型。 对于大多数标准查询运算符，第一个输入是源序列中的元素类型。 如果要查询 IEnumerable，则输入变量将被推断为 Customer 对象，这意味着你可以访问其方法和属性：

customers.Where(c => c.City == "London");

lambda 类型推理的一般规则如下：

*  Lambda 包含的参数数量必须与委托类型包含的参数数量相同。
 *  Lambda 中的每个输入参数必须都能够隐式转换为其对应的委托参数。
 *  Lambda 的返回值（如果有）必须能够隐式转换为委托的返回类型。

请注意，lambda 表达式本身没有类型，因为通用类型系统没有“lambda 表达式”这一固有概念。 不过，有时以一种非正式的方式谈论 lambda 表达式的“类型”会很方便。 在这些情况下，类型是指委托类型或 lambda 表达式所转换到的 Expression 类型。

## 捕获 lambda 表达式中的外部变量和变量范围 ##

lambda 可以引用外部变量。 这些变量是在定义 lambda 表达式的方法中或包含 lambda 表达式的类型中的范围内变量。 以这种方式捕获的变量将进行存储以备在 lambda 表达式中使用，即使在其他情况下，这些变量将超出范围并进行垃圾回收。 必须明确地分配外部变量，然后才能在 lambda 表达式中使用该变量。 下面的示例演示这些规则：

public static class VariableScopeWithLambdas
    {
        
        public class VariableCaptureGame
        {
        
            internal Action<int> updateCapturedLocalVariable;
            internal Func<int, bool> isEqualToCapturedLocalVariable;
    
            public void Run(int input)
            {
        
                int j = 0;
    
                updateCapturedLocalVariable = x =>
                {
        
                    j = x;
                    bool result = j > input;
                    Console.WriteLine($"{j} is greater than {input}: {result}");
                };
    
                isEqualToCapturedLocalVariable = x => x == j;
    
                Console.WriteLine($"Local variable before lambda invocation: {j}");
                updateCapturedLocalVariable(10);
                Console.WriteLine($"Local variable after lambda invocation: {j}");
            }
        }
    
        public static void Main()
        {
        
            var game = new VariableCaptureGame();
    
            int gameInput = 5;
            game.Run(gameInput);
    
            int jTry = 10;
            bool result = game.isEqualToCapturedLocalVariable(jTry);
            Console.WriteLine($"Captured local variable is equal to {jTry}: {result}");
    
            int anotherJ = 3;
            game.updateCapturedLocalVariable(anotherJ);
    
            bool equalToAnother = game.isEqualToCapturedLocalVariable(anotherJ);
            Console.WriteLine($"Another lambda observes a new value of captured variable: {equalToAnother}");
        }
        // Output:
        // Local variable before lambda invocation: 0
        // 10 is greater than 5: True
        // Local variable after lambda invocation: 10
        // Captured local variable is equal to 10: True
        // 3 is greater than 5: False
        // Another lambda observes a new value of captured variable: True
    }

下列规则适用于 lambda 表达式中的变量范围：

*  捕获的变量将不会被作为垃圾回收，直至引用变量的委托符合垃圾回收的条件。
 *  在封闭方法中看不到 lambda 表达式内引入的变量。
 *  lambda 表达式无法从封闭方法中直接捕获 in、ref 或 out 参数。
 *  lambda 表达式中的 return 语句不会导致封闭方法返回。
 *  如果相应跳转语句的目标位于 lambda 表达式块之外，lambda 表达式不得包含 goto、break 或 continue 语句。 同样，如果目标在块内部，在 lambda 表达式块外部使用跳转语句也是错误的。

从 C\# 9.0 开始，可以将 static 修饰符应用于 lambda 表达式，以防止由 lambda 无意中捕获本地变量或实例状态：

Func<double, double> square = static x => x * x;

静态 lambda 无法从封闭范围中捕获本地变量或实例状态，但可以引用静态成员和常量定义。