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C#3.0中的新增功能08 Lambda 表达式

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Lambda 表达式是作为对象处理的代码块（表达式或语句块）。它可作为参数传递给方法，也可通过方法调用返回。 Lambda 表达式广泛用于：

将要执行的代码传递给异步方法，例如 Task.Run(Action)。
编写 LINQ 查询表达式。
创建表达式树。

Lambda 表达式是可以表示为委托的代码，或者表示为表达式树的代码，它所表示的表达式树可以编译为委托。 Lambda 表达式的特定委托类型取决于其参数和返回值。不返回值的 Lambda 表达式对应于 Action 委托，具体取决于其参数数量。返回值的 Lambda 表达式对应于 Func 委托，具体取决于其参数数量。例如，有 2 个参数但不返回值的 Lambda 表达式对应于 Action 委托。有 1 个参数并返回值的 Lambda 表达式对应于 Func 委托。

Lambda 表达式使用 lambda 声明运算符 => 从其可执行代码中分离 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。例如，单行 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：

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

还可以将 lambda 表达式分配给表达式树类型：

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

或者，可以将其直接作为方法参数传递：

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

如果使用基于方法的语法在 System.Linq.Enumerable 类中调用 Enumerable.Select 方法（就像在 LINQ to Objects 和 LINQ to XML 中一样），参数是委托类型 System.Func。使用 Lambda 表达式创建该委托最为方便。如果在 System.Linq.Queryable 类中调用 Queryable.Select 方法（就像在 LINQ to SQL 中一样），参数类型是表达式树类型 Expression<Func<TSource,TResult>>。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 Select 调用看起来类似。

所有适用于匿名方法的限制也都适用于 lambda 表达式。

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 广泛用于表达式树的构造。?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。

使用空括号指定零个输入参数：

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

括号内的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。

表达式 lambda 的主体可以包含方法调用。不过，若要创建在 .NET 公共语言运行时的上下文之外（如在 SQL Server 中）计算的表达式树，不得在 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。

语句 lambda 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。

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

像匿名方法一样，语句 lambda 也不能用于创建表达式目录树。

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()
    {
        // 模拟返回异步进程的任务
        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()
    {
        // 模拟返回异步进程的任务
        await Task.Delay(1000);
    }
}

有关如何创建和使用异步方法的详细信息，请参阅使用 Async 和 Await 的异步编程。

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。

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

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）。

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}");

若要详细了解 C# 元组，请参阅 C# 元组类型。

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?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));
// 输出:
// 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));
// 输出:
// 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<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 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。

lambda 表达式中的变量范围 在定义 lambda 表达式的方法内或包含 lambda 表达式的类型内，lambda 可以引用范围内的外部变量（请参阅匿名方法）。?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}");
    }
    // 输出:
    // 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。

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