這次我們要來說一個跟Select相似的語法-SelectMany，這個語法在處理Master/Details(主檔/明細檔)的資料時非常的有用，在沒有SelectMany前，我們處理有明細的資料都需要用複數層迴圈才能查找資料，現在我們只要用SelectMany就搞定了。

功能說明

SelectMany可以將集合中每個元素內的子集合合併為一個新的集合。

舉個例子，我們有一個下面這樣子的資料:

class 元素
{
    public List<string> 子集合 { get; set; }
}

元素[] 集合=
{
    new 元素() { 子集合 = new List<string>() { "a", "b", "c" } },
    new 元素() { 子集合 = new List<string>() { "d", "e", "f" } },
    new 元素() { 子集合 = new List<string>() { "g", "h", "i" } },
    new 元素() { 子集合 = new List<string>() { "j", "k", "l" } }
};

下圖顯示執行SelectMany及Select的差異:

各別執行Select及SelectMany後會變成下面這樣，可以注意兩個回傳型別的不同之處:

IEnumerable<List<string>> afterSelect = 集合.Select(元素 => 元素.子集合);

IEnumerable<string> afterSelect = 集合.SelectMany(元素 => 元素.子集合);

• Select: 將資料經由Selector轉換後放入IEnumerable中，其結果的數量跟原本相同
• SelectMany: SelectMany會將Selector的結果扁平化，輸出在同一集合中，其結果的數量會跟原本的不同

方法定義

SelectMany有兩組方法，首先來看只有一個Selector的方法:

public static IEnumerable<TResult> SelectMany<TSource, TResult>(
    this IEnumerable<TSource> source, 
    Func<TSource, IEnumerable<TResult>> selector);

public static IEnumerable<TResult> SelectMany<TSource, TResult>(
    this IEnumerable<TSource> source, 
    Func<TSource, int, IEnumerable<TResult>> selector);

• 這兩個多載的差異點跟Select一樣都是selector多了一個int的傳入參數，這個int就是每個元素的index
• 跟Select的不同之處在於SelectMany的selector的回傳值是一個帶有TResult型別元素的IEnumerable
• 雖然Selector吐回來的型別是IEnumerable<TResult>，可是回傳值依然是IEnumerable<TResult>，由此我們可以知道SelectMany有做扁平化的處理。

另外SelectMany還有兩個Selector的方法:

public static IEnumerable<TResult> SelectMany<TSource, TCollection, TResult>(
    this IEnumerable<TSource> source, 
    Func<TSource, IEnumerable<TCollection>> collectionSelector, 
    Func<TSource, TCollection, TResult> resultSelector);

public static IEnumerable<TResult> SelectMany<TSource, TCollection, TResult>(
    this IEnumerable<TSource> source, 
    Func<TSource, int, IEnumerable<TCollection>> collectionSelector, 
    Func<TSource, TCollection, TResult> resultSelector);

• 這兩個方法的差別依然在多個index的傳入參數
• 這組方法跟上組方法的差異在於多了一個多了一個resultSelector，它可以傳入TSource(原本集合的每一個元素)及TCollection(子集合中的每一個元素)，讓我們可以讓主檔的資料跟明細的資料合為同一筆資料。

查詢運算式

在查詢運算式中並沒有SelectMany這個Expression，但是依照C# spec我們可以知道依然有Expression會轉換為SelectMany，請看下面的運算式:

from x1 in e1
from x2 in e2
select v

當有複數個from時會轉為下面這樣的運算子:

( e1 ) . SelectMany( x1 => e2 , ( x1 , x2 ) => v )

當from後面不是接select時:

from x1 in e1
from x2 in e2
...

會轉為下面這樣將from取得的兩組資料都回傳:

from * in ( e1 ) . SelectMany( x1 => e2 , ( x1 , x2 ) => new { x1 , x2 } )
...

方法範例

下面是一個商店的物件:

class Store
{
    public string Name { get; set; }
    public string[] Products { get; set; }
}

資料如下，有兩間商店App Store跟Google Store:

Store[] stores = new Store[] 
{
    new Store()
    {
        Name = "App Store",
        Products = new string[] {"iPhone 8", "iPhone 8s", "iPhone X"}
    },
    new Store()
    {
        Name = "Google Store",
        Products = new string[] {"Pixel", "Pixel 2"}
    }
};

我們會用上述的資料做演練。

比較Select及SelectMany

• 範例程式

IEnumerable<string[]> selectQuery = stores.Select(store => store.Products);

IEnumerable<string> selectManyQuery = stores.SelectMany(store => store.Products);
// 等同於下面的Query Expression
//
// from store in stores
// from product in store.Products
// select product

Console.WriteLine("**Select**");
Console.WriteLine();

// Select要兩次迴圈
foreach (string[] products in selectQuery)
{
    foreach (string product in products)
    {
        Console.WriteLine(product);
    }
    Console.WriteLine();
}

Console.WriteLine("**SelectMany**");
Console.WriteLine();

// SelectMany一次迴圈
foreach (string product in selectManyQuery)
{
    Console.WriteLine(product);
}
Console.WriteLine();

• 執行結果

**Select**

iPhone 8
iPhone 8s
iPhone X

Pixel
Pixel 2

**SelectMany**

iPhone 8
iPhone 8s
iPhone X
Pixel
Pixel 2

這裡可以看到Select的結果並沒有打平，可是SelectMany有，我們可以用SelectMany輕易的處理像store這樣的master/details(主檔/明細檔)結構。

SelectMany的第二個Selector

• 範例程式

var selectMany = stores.SelectMany(
    store => store.Products, 
    (store, product) => new { StoreName = store.Name, ProductName = product });

foreach(var product in selectMany){
    Console.WriteLine($"Store Name: {product.StoreName}, Product Name: {product.ProductName}");
}

• 執行結果

Store Name: App Store, Product Name: iPhone 8
Store Name: App Store, Product Name: iPhone 8s
Store Name: App Store, Product Name: iPhone X
Store Name: Google Store, Product Name: Pixel
Store Name: Google Store, Product Name: Pixel 2

注意到了嗎? 我們把主檔及明細的資料合併變成一筆新的資料，所以第二個resultSelector的應用就是你可以利用主檔及明細的資料組成你想要的資料。

特別之處

多個from的查詢運算式

在上面的介紹中我們知道SelectMany在查詢運算式中是用多個from來表示，那如果超過三個會怎麼樣呢? 例如像下面這樣:

from store in stores
from product in store.Products
from c in product
select c;

我們來想想剛剛講的運算式定義，當最後接的不是select時會是下面這樣的型式:

from x1 in e1
from x2 in e2
...

轉譯為下面這樣:

from * in ( e1 ) . SelectMany( x1 => e2 , ( x1 , x2 ) => new { x1 , x2 } )
...

那我們就按照位置把上面的範例填入，會變下面這樣:

from * in ( stores ) . SelectMany( store => store.Products , ( store , product ) => new { store , product } )
from c in product
select c

• *(星號)可以想成是編譯器取的別名

現在變回兩個from，那就依照原本的定義:

from x1 in e1
from x2 in e2
select v

轉為下面這樣:

( e1 ) . SelectMany( x1 => e2 , ( x1 , x2 ) => v )

把範例填上去:

( ( stores ) . SelectMany( store => store.Products , ( store , product ) => new { store , product } ) ) . SelectMany( * => product, (*, c) => c)

終於答案揭曉: 它會跑兩次SelectMany，範例結果會是Product因為在被做了一次SelectMany而被分割為字母。

第二個from的後面接的跟第一個from無關

前面的範例在第二個from都很乖的用了第一個from的屬性，那如果我偏不放第一個from的屬性呢? 例如說像下面這樣:

string[] PCs = new string[] { "ASUS", "ACER", "DELL" };

var query = from store in stores
            from PC in PCs
            select PC;

結果如下:

ASUS
ACER
DELL
ASUS
ACER
DELL

它會跑兩次第二個from得到的資料，為什麼? 我們來依照定義將對應的變數放上去:

( stores ) . SelectMany( store => PCs , ( store , PC ) => PC )

• PCs是外部變數，Lambda運算式可以吃到外部變數

有點難懂對吧? 那我們在對照方法定義來觀察:

public static IEnumerable<TResult> SelectMany<TSource, TCollection, TResult>(
    this IEnumerable<TSource> source, 
    Func<TSource, IEnumerable<TCollection>> collectionSelector, 
    Func<TSource, TCollection, TResult> resultSelector);

重點是在collectionSelector，我們可以看到每個TSource會輸出一次IEnumerable<TCollection>，啊哈，我有兩間(App Store、Google Store)商店阿，所以PCs的資料會被重複輸出。

結語

SelectMany在物件的資料處理中很常會需要使用，在看到Master/Details(主檔/明細檔)時就先想想它吧。

範例程式

GitHub

參考

• C# Spec-expressions#query-expressions
• Microsoft Docs-SelectMany
• Microsoft Docs-projection-operations
• draw.io