Lambda表达式浅析

      Lambda 表达式是一种可用于创建"委托"或"表达式目录树"类型的"匿名函数"。通过使用 lambda 表达式，可以写入可作为参数传递或作为函数调用值返回的本地函数。Lambda 表达式对于编写 LINQ 查询表达式特别有用。

      创建 Lambda 表达式：[1]在 Lambda 运算符 "=>"左侧指定输入参数（如果有）；[2]然后在另一侧输入表达式或语句块。

      例如，lambda 表达式 x => x * x 指定名为 x 的参数并返回 x 的平方值。

      如下面的示例所示，你可以将此表达式分配给委托类型： 

delegate int del(int i);
static void Main(string[] args)
{
    del myDelegate = x => x * x;
    int j = myDelegate(5); //j = 25
}

       若要创建表达式目录树类型：

static void Main(string[] args)
        {
            //i*j+w*x
            ParameterExpression a = Expression.Parameter(typeof(int),"i");   //创建一个表达式树中的参数，作为一个节点，这里是最下层的节点
            ParameterExpression b = Expression.Parameter(typeof(int),"j");
            BinaryExpression be = Expression.Multiply(a,b);    //这里i*j,生成表达式树中的一个节点，比上面节点高一级

            ParameterExpression c = Expression.Parameter(typeof(int), "w");
            ParameterExpression d = Expression.Parameter(typeof(int), "x");
            BinaryExpression be1 = Expression.Multiply(c, d);

            BinaryExpression su = Expression.Add(be,be1);   //运算两个中级节点，产生终结点

            Expression<Func<int, int, int, int, int>> lambda = Expression.Lambda<Func<int, int, int, int, int>>(su,a,b,c,d);

            Console.WriteLine(lambda + "");   //打印‘(i,j,w,x)=>((i*j)+(w*x))’，z对应参数b，p对应参数a

            Func<int, int, int, int, int> f= lambda.Compile();  //将表达式树描述的lambda表达式，编译为可执行代码，并生成该lambda表达式的委托；

            Console.WriteLine(f(1, 1, 1, 1) + "");  //打印2
            Console.ReadKey();
        }

 上段代码的lambda表达式树，图。

using System.Linq.Expressions;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Expression<del> myET = x => x * x;
        }
    }
}

      => 运算符具有与赋值运算符 (=) 相同的优先级并且是右结合运算。

      Lambda 在基于方法的 LINQ 查询中用作标准查询运算符方法（如 Where）的参数。

      使用基于方法的语法在 Enumerable 类中调用 Where 方法时（如在 LINQ to Objects 和 LINQ to XML 中一样），参数是委托类型 System.Func<T, TResult>。使用 Lambda 表达式创建该委托最为方便。例如，当你在 System.Linq.Queryable 类中调用相同的方法时（如在 LINQ to SQL 中一样），参数类型为 System.Linq.Expressions.Expression<Func>，其中 Func 是最多具有十六个输入参数的任何一个 Func 委托。同样，Lambda 表达式只是一种非常简洁的构造该表达式目录树的方式。尽管事实上通过 Lambda 创建的对象具有不同的类型，但 Lambda 使得 Where 调用看起来类似。

在上一个示例中，请注意委托签名具有一个 int 类型的隐式类型输入参数，并返回 int。可以将 Lambda 表达式转换为该类型的委托，因为该表达式也具有一个输入参数 (x)，以及一个编译器可隐式转换为 int 类型的返回值。

      在 is 或 as 运算符的左侧不允许使用 Lambda。 适用于匿名方法的所有限制也适用于 Lambda 表达式。

      （1）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 广泛用于表达式树（C# 和 Visual Basic）的构造。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

      仅当 lambda 只有一个输入参数时，括号才是可选的；否则括号是必需的。括号内的两个或更多输入参数使用逗号加以分隔：(x, y) => x == y

      有时，编译器难以或无法推断输入类型。如果出现这种情况，你可以按以下示例中所示方式显式指定类型：(int x, string s) => s.Length > x

      使用空括号指定零个输入参数：() => SomeMethod()

      注意：在上一个示例中，请注意表达式 Lambda 的主体可以包含一个方法调用。但是，如果要创建在 .NET Framework 之外计算的表达式目录树（例如，在 SQL Server 中），则不应在 lambda 表达式中使用方法调用。在 .NET 公共语言运行时上下文之外，方法将没有任何意义。

     （2）语句 lambda 与表达式 lambda 表达式类似，只是语句括在大括号中：(input parameters) => {statement;}

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。

delegate void TestDelegate(string s);

… 

TestDelegate myDel = n => { string s = n + " " + "World"; Console.WriteLine(s); }; myDel("Hello");
 

      像匿名方法一样，语句 lambda 也不能用于创建表达式目录树。

      （3）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();
    }

    private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        // ExampleMethodAsync returns a Task.
        await ExampleMethodAsync();
        textBox1.Text += "
Control returned to Click event handler.
";
    }

    async Task ExampleMethodAsync()
    {
        // The following line simulates a task-returning asynchronous process.
        await Task.Delay(1000);
    }
}

      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 参数列表前添加一个 async 修饰符，如下例所示。

public partial class Form1 : Form
{
    public Form1()
    {
        InitializeComponent();
        button1.Click += async (sender, e) =>
        {
            // ExampleMethodAsync returns a Task.
            await ExampleMethodAsync();
            textBox1.Text += "
Control returned to Click event handler.
";
        };
    }

    async Task ExampleMethodAsync()
    {
        // The following line simulates a task-returning asynchronous process.
        await Task.Delay(1000);
    }
}

      （4）许多标准查询运算符都具有输入参数，其类型是泛型委托系列 Func<T, TResult> 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，请考虑以下委托类型：public delegate TResult Func<TArg0, TResult>(TArg0 arg0)

      可以将委托实例化为 Func<int,bool> myFunc，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。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。当调用下面的 Func 委托时，该委托将返回 true 或 false 以指示输入参数是否等于 5。

Func<int, bool> myFunc = x => x == 5;
bool result = myFunc(4); // returns false of course

  当参数类型为 Expression<Func> 时，你也可以提供 Lambda 表达式，例如在 System.Linq.Queryable 内定义的标准查询运算符中。如果指定 Expression<Func> 参数，
lambda 将编译为表达式目录树。
  此处显示了一个标准查询运算符，Count 方法：

  int[] numbers = { 5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
  int oddNumbers = numbers.Count(n => n % 2 == 1);

      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)。

下面一行代码将生成一个序列，其中包含 numbers 数组中在 9 左侧的所有元素，因为它是序列中第一个不满足条件的数字。

      var firstNumbersLessThan6 = numbers.TakeWhile(n => n < 6);

      此示例展示了如何通过将输入参数括在括号中来指定多个输入参数。该方法将返回数字数组中的所有元素，直至遇到一个值小于其位置的数字为止。

      var firstSmallNumbers = numbers.TakeWhile((n, index) => n >= index);

      （5）在编写 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、参数的委托类型以及 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。因此，如果要查询 IEnumerable<Customer>，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 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，因为常规类型系统没有“Lambda 表达式”这一内部概念。但是，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。

      （6）在定义 lambda 函数的方法内或包含 lambda 表达式的类型内，lambda 可以引用范围内的外部变量。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：

delegate bool D();
delegate bool D2(int i);

class Test
{
    D del;
    D2 del2;
    public void TestMethod(int input)
    {
        int j = 0;
        // Initialize the delegates with lambda expressions.
        // Note access to 2 outer variables.
        // del will be invoked within this method.
        del = () => { j = 10;  return j > input; };

        // del2 will be invoked after TestMethod goes out of scope.
        del2 = (x) => {return x == j; };
      
        // Demonstrate value of j:
        // Output: j = 0 
        // The delegate has not been invoked yet.
        Console.WriteLine("j = {0}", j);        // Invoke the delegate.
        bool boolResult = del();

        // Output: j = 10 b = True
        Console.WriteLine("j = {0}. b = {1}", j, boolResult);
    }

    static void Main()
    {
        Test test = new Test();
        test.TestMethod(5);

        // Prove that del2 still has a copy of
        // local variable j from TestMethod.
        bool result = test.del2(10);

        // Output: True
        Console.WriteLine(result);
           
        Console.ReadKey();
    }
}

     

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。

• 在外部方法中看不到 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 ref 或 out 参数。

• Lambda 表达式中的返回语句不会导致封闭方法返回。

• 如果跳转语句的目标在块外部，则 lambda 表达式不能包含位于 lambda 函数内部的 goto 语句、break 语句或 continue 语句。同样，如果目标在块内部，则在 lambda 函数块外部使用跳转语句也是错误的。