C#3.0新增功能08 Lambda 表達式

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Lambda 表達式是做爲對象處理的代碼塊（表達式或語句塊）。 它可做爲參數傳遞給方法，也可經過方法調用返回。 Lambda 表達式普遍用於：

• 將要執行的代碼傳遞給異步方法，例如 Task.Run(Action)。

• 編寫 LINQ 查詢表達式。

• 建立表達式樹。

Lambda 表達式是能夠表示爲委託的代碼，或者表示爲表達式樹的代碼，它所表示的表達式樹能夠編譯爲委託。 Lambda 表達式的特定委託類型取決於其參數和返回值。 不返回值的 Lambda 表達式對應於 Action 委託，具體取決於其參數數量。 返回值的 Lambda 表達式對應於 Func 委託，具體取決於其參數數量。 例如，有 2 個參數但不返回值的 Lambda 表達式對應於 Action<T1,T2> 委託。 有 1 個參數並返回值的 Lambda 表達式對應於 Func<T,TResult> 委託。

Lambda 表達式使用 lambda 聲明運算符 => 從其可執行代碼中分離 lambda 參數列表。 若要建立 Lambda 表達式，須要在 lambda 運算符左側指定輸入參數（若是有），而後在另外一側輸入表達式或語句塊。 例如，單行 Lambda 表達式 x => x * x 指定名爲 x 的參數並返回 x 的平方值。 以下面的示例所示，你能夠將此表達式分配給委託類型：

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

還能夠將 lambda 表達式分配給表達式樹類型：

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

或者，能夠將其直接做爲方法參數傳遞：

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

若是使用基於方法的語法在 System.Linq.Enumerable 類中調用 Enumerable.Select 方法（就像在 LINQ to Objects 和 LINQ to XML 中同樣），參數是委託類型 System.Func<T,TResult>。 使用 Lambda 表達式建立該委託最爲方便。 若是在 System.Linq.Queryable 類中調用 Queryable.Select 方法（就像在 LINQ to SQL 中同樣），參數類型是表達式樹類型 Expression<Func<TSource,TResult>>。 一樣，Lambda 表達式只是一種很是簡潔的構造該表達式目錄樹的方式。 儘管事實上經過 Lambda 建立的對象具備不一樣的類型，但 Lambda 使得 Select 調用看起來相似。

全部適用於匿名方法的限制也都適用於 lambda 表達式。

表達式 lambda

表達式位於 => 運算符右側的 lambda 表達式稱爲「表達式 lambda」。 表達式 lambda 普遍用於表達式樹的構造。 表達式 lambda 會返回表達式的結果，並採用如下基本形式：

(input-parameters) => expression

僅當 lambda 只有一個輸入參數時，括號纔是可選的；不然括號是必需的。

使用空括號指定零個輸入參數：

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

括號內的兩個或更多輸入參數使用逗號加以分隔：

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

有時，編譯器沒法推斷輸入類型。 能夠顯式指定類型，以下面的示例所示：

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

輸入參數類型必須所有爲顯式或所有爲隱式；不然，便會生成 CS0748 編譯器錯誤。

表達式 lambda 的主體能夠包含方法調用。 不過，若要建立在 .NET 公共語言運行時的上下文以外（如在 SQL Server 中）計算的表達式樹，不得在 lambda 表達式中使用方法調用。在 .NET 公共語言運行時上下文以外，方法將沒有任何意義。

語句 lambda

語句 lambda 與表達式 lambda 表達式相似，只是語句括在大括號中：

(input-parameters) => { statement; }

語句 lambda 的主體能夠包含任意數量的語句；可是，實際上一般不會多於兩個或三個。

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

像匿名方法同樣，語句 lambda 也不能用於建立表達式目錄樹。

異步 lambda

經過使用 async 和 await 關鍵字，你能夠輕鬆建立包含異步處理的 lambda 表達式和語句。例如，下面的 Windows 窗體示例包含一個調用和等待異步方法 ExampleMethodAsync的事件處理程序。

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() { // 模擬返回異步進程的任務
        await Task.Delay(1000); } }

你可使用異步 lambda 添加同一事件處理程序。 若要添加此處理程序，請在 lambda 參數列表前添加 async 修飾符，以下面的示例所示：

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() { // 模擬返回異步進程的任務
        await Task.Delay(1000); } }

有關如何建立和使用異步方法的詳細信息，請參閱使用 Async 和 Await 的異步編程。

lambda 表達式和元組

自 C# 7.0 起，C# 語言提供對元組的內置支持。 能夠提供一個元組做爲 Lambda 表達式的參數，同時 Lambda 表達式也能夠返回元組。 在某些狀況下，C# 編譯器使用類型推理來肯定元組組件的類型。

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}"); // 輸出: // The set (2, 3, 4) doubled: (4, 6, 8)

可經過用括號括住用逗號分隔的組件列表來定義元組。 下面的示例使用包含三個組件的元組，將一系列數字傳遞給 lambda 表達式，此表達式將每一個值翻倍，而後返回包含乘法運算結果的元組（內含三個組件）。

一般，元組字段命名爲 Item1、Item2 等等。可是，可使用命名組件定義元組，如如下示例所示。

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}");

若要詳細瞭解 C# 元組，請參閱 C# 元組類型。

含標準查詢運算符的 lambda

在其餘實現中，LINQ to Objects 有一個輸入參數，其類型是泛型委託 Func<TResult> 系列中的一種。 這些委託使用類型參數來定義輸入參數的數量和類型，以及委託的返回類型。Func 委託對於封裝用戶定義的表達式很是有用，這些表達式將應用於一組源數據中的每一個元素。 例如，假設爲 Func<T,TResult> 委託類型：

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

能夠將委託實例化爲 Func<int, bool> 實例，其中 int 是輸入參數，bool 是返回值。 返回值始終在最後一個類型參數中指定。 例如，Func<int, string, bool> 定義包含兩個輸入參數（int 和 string）且返回類型爲 bool的委託。 下面的 Func 委託在調用後返回布爾值，以指明輸入參數是否等於 5：

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

參數類型爲 Expression<TDelegate> 時，也能夠提供 Lambda 表達式，例如在 Queryable類型內定義的標準查詢運算符中提供。 指定 Expression<TDelegate> 參數時，lambda 編譯爲表達式樹。

下面的示例使用 Count 標準查詢運算符：

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)}");

編譯器能夠推斷輸入參數的類型，或者你也能夠顯式指定該類型。 這個特殊 lambda 表達式將計算那些除以 2 時餘數爲 1 的整數的數量 (n)。

下面的示例生成一個序列，其中包含 numbers 數組中位於 9 以前的全部元素，由於這是序列中第一個不符合條件的數字：

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

如下示例經過將輸入參數括在括號中來指定多個輸入參數。 此方法返回 numbers 數組中的全部元素，直至遇到值小於其在數組中的序號位置的數字爲止：

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)); // 輸出: // 5 4

Lambda 表達式中的類型推理

編寫 lambda 時，一般沒必要爲輸入參數指定類型，由於編譯器能夠根據 lambda 主體、參數類型以及 C# 語言規範中描述的其餘因素來推斷類型。 對於大多數標準查詢運算符，第一個輸入是源序列中的元素類型。 若是要查詢 IEnumerable<Customer>，則輸入變量將被推斷爲 Customer 對象，這意味着你能夠訪問其方法和屬性：

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

lambda 類型推理的通常規則以下：

• Lambda 包含的參數數量必須與委託類型包含的參數數量相同。

• Lambda 中的每一個輸入參數必須都可以隱式轉換爲其對應的委託參數。

• Lambda 的返回值（若是有）必須可以隱式轉換爲委託的返回類型。

請注意，lambda 表達式自己沒有類型，由於通用類型系統沒有「lambda 表達式」這一固有概念。 不過，有時以一種非正式的方式談論 lambda 表達式的「類型」會很方便。 在這些狀況下，類型是指委託類型或 lambda 表達式所轉換到的 Expression 類型。

lambda 表達式中的變量範圍

在定義 lambda 表達式的方法內或包含 lambda 表達式的類型內，lambda 能夠引用範圍內的外部變量（請參閱匿名方法）。 以這種方式捕獲的變量將進行存儲以備在 lambda 表達式中使用，即便在其餘狀況下，這些變量將超出範圍並進行垃圾回收。 必須明確地分配外部變量，而後才能在 lambda 表達式中使用該變量。 下面的示例演示這些規則：

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}"); } // 輸出: // 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
}

下列規則適用於 lambda 表達式中的變量範圍：

• 捕獲的變量將不會被做爲垃圾回收，直至引用變量的委託符合垃圾回收的條件。

• 在封閉方法中看不到 lambda 表達式內引入的變量。

• lambda 表達式沒法從封閉方法中直接捕獲 in、ref 或 out 參數。

• lambda 表達式中的 return 語句不會致使封閉方法返回。

• 若是相應跳轉語句的目標位於 lambda 表達式塊以外，lambda 表達式不得包含 goto、break 或 continue 語句。 一樣，若是目標在塊內部，在 lambda 表達式塊外部使用跳轉語句也是錯誤的。

其餘技術請參考

• C# 編程指南
• LINQ（語言集成查詢）
• 匿名方法
• 表達式樹
• 本地函數與 lambda 表達式比較
• 隱式類型化 lambda 表達式
• Visual Studio 2008 C# 示例（請參閱 LINQ 示例查詢文件和 XQuery 程序）
• 遞歸 lambda 表達式

 

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