C# 语言中Lambda(拉姆达) 表达式介绍

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。

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,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:

C#

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:

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(参见“运算符”文章的“结合性”部分)。

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 Where 类中调用 Enumerable 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,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。 (以下几节中将对类型推理进行详细讨论。)使用输入参数 5 调用委托时,它将返回结果 25。

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。 有关详细信息,请参阅匿名方法。

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:

C#

(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:

C#

(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:

C#

(int x, string s) => s.Length > x

使用空括号指定零个输入参数:

C#

() => SomeMethod()

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。

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。

C#

delegate void TestDelegate(string s);

C#

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

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();  
    }  

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

    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 += "nControl returned to Click event handler.n";  
        };  
    }  

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

带有标准查询运算符的 lambda

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:

C#复制

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( intstring)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:

C#复制

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:

C#复制

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:

C#复制

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。 不要将 lambda 运算符 (=>) 与大于等于运算符 (>=) 混淆。

C#复制

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

Lambda 中的类型推理

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:

C#复制

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。

Lambda 表达式中的变量范围

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(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:

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 inrefout 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。

问题1:如何能在查询中使用 拉姆达表达式?

不会直接在查询语法中使用 lambda 表达式,而是在方法调用中使用它们,并且查询表达式可以包含方法调用。 事实上,一些查询操作只能采用方法语法进行表示。 有关查询语法与方法语法之间的差异的详细信息,请参阅 LINQ 中的查询语法和方法语法。

示例

下面的示例演示如何通过 Enumerable.Where 标准查询运算符,在基于方法的查询中使用 lambda 表达式。 请注意,此示例中的 Where 方法具有一个 Func<TResult> 委托类型的输入参数,该委托采用整数作为输入并返回一个布尔值。 Lambda 表达式可以转换为该委托。 如果这是使用 Queryable.Where 方法的 LINQ to SQL 查询,则参数类型会是 Expression<Func<int,bool>>,但 lambda 表达式看起来完全相同。 有关表达式类型的详细信息,请参阅 System.Linq.Expressions.Expression。

class SimpleLambda{    
        static void Main()    {        // Data source.
        int[] scores = { 90, 71, 82, 93, 75, 82 };        // The call to Count forces iteration of the source
        int highScoreCount = scores.Where(n => n > 80).Count();

        Console.WriteLine("{0} scores are greater than 80", highScoreCount);        // Outputs: 4 scores are greater than 80            
    }
}

示例

下面的示例演示如何在查询表达式的方法调用中使用 lambda 表达式。 需要 lambda 的原因是无法使用查询语法调用 Sum 标准查询运算符。

查询首先根据学生的年级(在 GradeLevel 枚举中定义)对学生进行分组。 然后为每个组添加每个学生的总分。 这需要两个 Sum 操作。 内部 Sum 为每个学生计算总分,而外部 Sum 保留组中所有学生的正在运行的合并总分。

private static void TotalsByGradeLevel(){    
        // This query retrieves the total scores for First Year students, Second Years, and so on.
    // The outer Sum method uses a lambda in order to specify which numbers to add together.
    var categories =    from student in students   
    group student by student.Year into studentGroup    
    select new { GradeLevel = studentGroup.Key, TotalScore = studentGroup.Sum(s => s.ExamScores.Sum()) };    
    // Execute the query.   
    foreach (var cat in categories)
    {
        Console.WriteLine("Key = {0} Sum = {1}", cat.GradeLevel, cat.TotalScore);
    }
}/*
     Outputs: 
     Key = SecondYear Sum = 1014
     Key = ThirdYear Sum = 964
     Key = FirstYear Sum = 1058
     Key = FourthYear Sum = 974
*/

问题2:如何在 LINQ 外部使用 Lambda 表达式?

Lambda 表达式并不只限于在 LINQ 查询中使用。 可以在需要委托值的任何地方(也就是在可以使用匿名方法的任何地方)使用这些表达式。 下面的示例演示如何在 Windows 窗体事件处理程序中使用 lambda 表达式。 请注意,输入的类型(Object 和 MouseEventArgs)由编译器推理,因此不必在 lambda 输入参数中显式给定。

示例

public partial class Form1 : Form  
{  
    public Form1()  
    {  
        InitializeComponent();  
        // Use a lambda expression to define an event handler.  
       this.Click += (s, e) => { MessageBox.Show(((MouseEventArgs)e).Location.ToString());};  
    }  
}

原文发布于微信公众号 - 程序你好(codinghello)

原文发表时间:2018-05-06

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