LINQ自學筆記-打地基-Lambda 運算式

DAY 10

分享一些學習心得系列第 10 篇

c# linq delegate lambda

smartleos

2012-10-03 11:57:52

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Lambda 運算式是 .Net 3.5 新增加，我覺得很棒的一個特色，它並不是全新的功能，只是匿名委派的再精簡語法，但是實用性大增，請見內文分享。
自學筆記這系列是我自己學習的一些心得分享，歡迎指教。這系列的分享，會以 C# + 我比較熟的 Net 3.5 環境為主。
另外本系列預計至少會切成【打地基】和【語法應用】兩大部分做分享。打地基的部分，講的是 LINQ 的組成元素，這部分幾乎和 LINQ 無關，反而是 C# 2.0、C# 3.0 的一堆語言特性，例如：型別推斷、擴充方法、泛型、委派等等，不過都會把分享的範圍限制在和 LINQ 應用有直接相關功能。
PS. LINQ 自學筆記幾乎所有範例，都可直接複製到 LINQPad 4 上執行（大多是用 Statements 和 Program 模式）。因為它輕巧好用，功能強大，寫範例很方便，請大家自行到以下網址下載最新的 LINQPad：http://www.LINQpad.net/。
Lambda 運算式就是匿名委派的簡化版本，不過相對的，因為精簡到極致，所以若一開始就接觸它，會有理解上的困難，但是若從「具名委派→匿名委派」都了解，那 Lambda 運算式就不是什麼大問題了。

MSDN 對於 Lambda 運算式的定義如下：
「Lambda 運算式」(Lambda Expression) 是一種匿名函式，它可以包含運算式和陳述式 (Statement)，而且可以用來建立委派 (Delegate) 或運算式樹狀架構型別。
所有的 Lambda 運算式都會使用 Lambda 運算子 =>，意思為「移至」。 Lambda 運算子的左邊會指定輸入參數 (如果存在)，右邊則包含運算式或陳述式區塊。 Lambda 運算式 x => x * x 的意思是「x 移至 x 乘以 x」。

最簡單的理解方式，就是把匿名委派和 Lambda 運算式寫在一起看，就會清楚多了：

//宣告端 
public class 豪宅 { 
    public void 蟲出沒(Func<string, string> 人){ 
        Console.WriteLine(人("蟑螂")); 
    } 
    public void 整理書房(Func<Master, Location, string> 人){ 
        Master m = new Master(); 
        m.Name = "安琪"; 
        Location l = new Location(); 
        l.Name = "三樓"; 
        Console.WriteLine(人(m, l)); 
    } 
} 
//呼叫端 - 管家派工 
void Main()  { 
  豪宅 白宮 = new 豪宅(); 
  //匿名委派的寫法 
  白宮.蟲出沒(delegate(string 蟲) { 
                return 蟲 + " 死光光。";} 
              ); 
  //Lambda 運算式的寫法 1 
  白宮.蟲出沒(蟲 => 蟲 + " 死光光。"); 
  
  //匿名委派的寫法 
  白宮.整理書房(delegate(Master 主人, Location 地點) { 
                        return 主人.Name + " 的 " + 地點.Name + "書房整理好了。";} 
                    ); 
  //Lambda 運算式的寫法 2 
  白宮.整理書房((主人, 地點) => { 
                        return 主人.Name + " 的 " + 地點.Name + "書房整理好了。";} 
                    ); 
}

public class Master{ 
    private string name; 
    public string Name {get {return name;} set {name = value;}} 
} 
public class Location { 
    private string name; 
    public string Name {get {return name;} set {name = value;}} 
}

上述範例中，匿名委派寫法一致，但是 Lambda 運算式寫法有兩種，就是 MSDN 定義中所言，運算式和陳述式：

運算式 Lambda（Expression Lambda）：委派的邏輯只需要一行就可以寫完，可採用此方式 (input parameters) => expression。這種寫法的特別就是，不需要寫 return 關鍵字，也不需要用大括號把邏輯包起來。常見的有下面四種寫法：

(int x, string s) => s.Length > x; //明確指定傳入參數的型別，適用在無法型別推斷的時候。
(a, b) => a + b; //讓編譯器使用型別推斷省去撰寫傳入參數型別的寫法。
a => a * a; //只有一個傳入參數時，可以省略圓括號。
() => "L" + "I" + "N" + "Q"; //沒有傳入參數時，必須用空的圓括號。
陳述式 Lambda（Statement Lambda）：委派的邏輯必須用兩行以上程式碼才能完成，就必須選用此方式 (input parameters) => {statement;}。這種寫法和匿名委派相比較，其實就是把 delegate 關鍵字省略成「=>」運算子而已。所以了解匿名委派的寫法，那使用陳述式 Lambda 應當是毫無問題，常見寫法和運算式寫法雷同，其實也就是加上大括號和 return 關鍵字而已：

(int x, string s) => {x = x * 2; return s.Length > x;}
(a, b) => {a = a + b; return a * b;}

在 LINQ 中，大多方法都提供 Func 的傳入參數，也就是都可以透過匿名委派傳入自定義的邏輯，例如：從一個數列中取奇數：

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

因此了解並且知道如何撰寫 Lambda 運算式，絕對有助於應用 LINQ。

Lambda 運算式和匿名委派，除了語法的更精簡之外，實務上我覺得還有一個特色非常棒：Lambda 運算式的型別推斷很強悍，大多數情況下，都可以省略傳入參數的型別，以本文一開始的例子：

void Main()  { 
  豪宅 白宮 = new 豪宅(); 
  //匿名委派的寫法 
  白宮.蟲出沒(delegate(string 蟲) { 
                return 蟲 + " 死光光。";} 
              ); 
  //Lambda 運算式的寫法 1 
  白宮.蟲出沒(蟲 => 蟲 + " 死光光。"); 
  
  //匿名委派的寫法 
  白宮.整理書房(delegate(Master 主人, Location 地點) { 
                        return 主人.Name + " 的 " + 地點.Name + "書房整理好了。";} 
                    ); 
  //Lambda 運算式的寫法 2 
  白宮.整理書房((主人, 地點) => { 
                        return 主人.Name + " 的 " + 地點.Name + "書房整理好了。";} 
                    ); 
}

我們看到上述兩個匿名委派，都必須指名傳入參數的型別，但是 Lambda 運算式都可以省略（留給編譯器去推斷），因此就算使用陳述式 Lambda，都還是比匿名委派更方便。

最後再分享 Lambda 運算式/匿名委派的一個特色：他們可以存取邏輯定義範圍內的外部變數，就算該變數已被回收，一樣可以使用，因為定義邏輯時，他會把該變數快取起來。請注意，下述範例的寫法和之前委派範例不大一樣：委派的邏輯被綁到宣告端處理，呼叫端只有調用方法和引用另一個委派而已。在 LINQ 一般應用中，幾乎不會有這樣的寫法，不過若是在非同步處理的程式中，有時就會看到這樣的寫法：

//Variable Scope in Lambda Expressions 
public class TestVarScope 
{ 
    public Func<bool> CompareMethodParaGtStand; 
    public Func<int, bool> CompareDelegateParaEqInput; 
    public void TestMethod(int inputNum) 
    { 
        int StandNum = 10; 
        Console.WriteLine ("初始標準值 = " + StandNum); 
        //定義委派邏輯，會把標準值給換掉 
        CompareMethodParaGtStand = () => {StandNum = 99; return inputNum > StandNum;}; 
        Console.WriteLine ("定義委派後，尚未叫用前，標準值 = " + StandNum); 
        bool retBool = CompareMethodParaGtStand.Invoke(); 
        Console.WriteLine ("叫用會改變標準值的委派後，標準值 = " + StandNum); 
        Console.WriteLine ("比對方法傳入參數是否大於標準值 = " + retBool); 
        Console.WriteLine ("目前方法傳入參數值 = " + inputNum + 
                                ", 目前的標準值 = " + StandNum); 
        //定義委派邏輯 
        CompareDelegateParaEqInput = num => num == StandNum; 
        //CompareDelegateParaEqInput = delegate(int num) {return num == StandNum;};   ←這行只是用來表達匿名委派的寫法。
    } 
}

void Main() 
{ 
    var obj = new TestVarScope(); 
    obj.TestMethod(50); 
    var num = obj.CompareDelegateParaEqInput(99); 
    Console.WriteLine ("比對委派傳入參數是否等於標準值 = " + num); 
}
/* 輸出：
初始標準值 = 10
定義委派後，尚未叫用前，標準值 = 10
叫用會改變標準值的委派後，標準值 = 99
比對方法傳入參數是否大於標準值 = False
目前方法傳入參數值 = 50, 目前的標準值 = 99
比對委派傳入參數是否等於標準值 = True
*/

宣告端：定義了兩個公開的委派，第一個委派（CompareMethodParaGtStand）會在 TestVarScope.TestMethod 方法中定義邏輯並引動，第二個委派（CompareDelegateParaEqInput）則會在 TestVarScope.TestMethod 方法中定義邏輯，但是由呼叫端引動。

呼叫端：建立 TestVarScope 的執行個體，然後調用 TestMethod 方法，引動第一個委派（CompareMethodParaGtStand）執行設定的邏輯（將標準值修改為 99，然後把方法參數和標準值比大小），並設定第二個委派（CompareDelegateParaEqInput）的邏輯，然後再引動第二個委派，並傳入和 CompareMethodParaGtStand 所修改後的標準值相同之數字，看是否相等。

這個範例要表達兩個重點：

定義委派的邏輯時，可以引用邏輯定義範圍內的變數（此範例中，範圍就是 TestMethod 方法），前提是該變數必須有被指派值。例如本範例中，若一開始沒有設定 StandNum = 10，只有宣告有這個變數，則在定義 CompareMethodParaGtStand 邏輯時，就會出現「使用未指定的區域變數」之編譯錯誤。
定義委派邏輯時所使用的外部區域變數，會被快取下來，供委派引動時使用。以本範例來說，就是 StandNum 這個區域變數，它是定義在 TestMethod 方法中，而且在呼叫端調用 TestMehtod 後，應該就要消失，但是因為在 CompareDelegateParaEqInput 中有設定要拿它來和委派的傳入參數做比較，所以當 CompareDelegateParaEqInput 引動時，它的值 99 仍然存在，因此比較結果是 True。

注意喔，因為 CompareDelegateParaEqInput 邏輯是在 TestMethod 方法中定義，所以一定要先叫用 TestMethod 方法，才能引動 CompareDelegateParaEqInput 委派，若反過來執行，CompareDelegateParaEqInput 會出現 NullReferenceException。