Lambda表达式表达式树

简介: 在C#3.0中,继匿名方法之后出现了Lambda 表达式,使表达更为简洁、快捷。Lambda 表达式使用Lambda 运算符 “=>”来定义,语法如下:(参数列表) => {方法体}Lambda 运算符的左边是输入参数,定义Lambda表达式的接收参数列表,右边包含表达式或语句块,表示将表达式的值或语句块返回的值传给左边的参数列表。Lambda 表达式是一个匿名函数,可以包
在C#3.0中,继匿名方法之后出现了Lambda 表达式,使表达更为简洁、快捷。Lambda 表达式使用Lambda 运算符 “=>”来定义,语法如下:
(参数列表) => {方法体}
Lambda 运算符的左边是输入参数,定义Lambda表达式的接收参数列表,右边包含表达式或语句块,表示将表达式的值或语句块返回的值传给左边的参数列表。
Lambda 表达式是一个匿名函数,可以包含表达式和语句,并且可用于创建委托或表达式目录树类型。

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Lambda 表达式是一种可用于创建委托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:

C#
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``1)的参数。

使用基于方法的语法在 Enumerable 类中调用 Where``1 方法时(如在 LINQ to Objects 和 LINQ to XML 中一样),参数是委托类型 Func 使用 Lambda 表达式创建该委托最为方便。 例如,当你在 Queryable 类中调用相同的方法时(如在 LINQ to SQL 中一样),参数类型为 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。 有关更多信息,请参见匿名方法(C# 编程指南)

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:

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 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);
…
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。

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。

C#
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 += "\r\nControl returned to Click event handler.\r\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。

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

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

有关如何创建和使用异步方法的更多信息,请参见使用 Async 和 Await 的异步编程(C# 和 Visual Basic)

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 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#
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:

C#
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``1 方法:

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

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#
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。

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(参见匿名方法(C# 编程指南))。 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:

C#
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。


 


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