委托與Lambda表達式
1、委托概述
2、匿名方法
3、語句Lambda
4、表達式Lambda
5、表達式樹
一、委托概述
相當於C++當中的方法指針，在C#中使用delegate 委托來提供相同的功能，
它將方法作為對象封裝起來，允許在"運行時"間接地綁定一個方法調用。
聲明的委托相當於一種自定義的數據類型。
1、背景
冒泡排序
1 static class SimpleSort1 2 { 3 public static void BubbleSort(int[] items) 4 { 5 int i = 0, j = 0, temp = 0; 6 if (items == null) 7 { 8 return; 9 } 10 for (i = items.Length - 1; i >= 0; i--) 11 { 12 for (j = 1; j <= i; j++) 13 { 14 if (items[j - 1] > items[i]) 15 { 16 temp = items[j - 1]; 17 items[j - 1] = items[i]; 18 items[i] = temp; 19 } 20 } 21 22 } 23 } 24 }
如果需要提供升序和降序兩個功能選擇，可以加上參數SortType來區別
1 class Program 2 { 3 static void Main(string[] args) 4 { 5 6 int[] arr = new int[] { 1, 2, 5, 645, 4, 6, 73, 5, 3, 6, 7, 66 }; 7 SimpleSort1.BubbleSort(arr, SortType.Ascending); 8 string str = ""; 9 for (int i = 0; i < arr.Length; i++) 10 { 11 str += arr[i] + ","; 12 13 } 14 Console.WriteLine(str); 15 16 str = ""; 17 SimpleSort1.BubbleSort(arr, SortType.Descending); 18 for (int i = 0; i < arr.Length; i++) 19 { 20 str += arr[i] + ","; 21 22 } 23 Console.WriteLine(str); 24 Console.ReadLine(); 25 26 } 27 } 28 enum SortType 29 { 30 Ascending, 31 Descending 32 } 33 static class SimpleSort1 34 { 35 public static void BubbleSort(int[] items, SortType sorttype) 36 { 37 int i = 0, j = 0, temp = 0; 38 if (items == null) 39 { 40 return; 41 } 42 for (i = items.Length - 1; i >= 0; i--) 43 { 44 for (j = 1; j <= i; j++) 45 { 46 switch (sorttype) 47 { 48 case SortType.Ascending: 49 if (items[j - 1] > items[i]) 50 { 51 temp = items[j - 1]; 52 items[j - 1] = items[i]; 53 items[i] = temp; 54 } 55 break; 56 case SortType.Descending: 57 if (items[j - 1] < items[i]) 58 { 59 temp = items[j - 1]; 60 items[j - 1] = items[i]; 61 items[i] = temp; 62 } 63 break; 64 65 } 66 67 } 68 69 } 70 71 72 } 73 } 74
如果想要按字母、隨機或者按照其他方式來排序， 可以通過增加一個SortType參數
BubbleSort()方法及其對應的SortType值的數量很快會變量非常之多。
2、委托數據類型
為了減少重復代碼的數量，可以將比較方法作一個參數
傳給BubbleSort()方法，此外，為了能將方法作為參數傳遞，必須要有一個能夠
表示方法的數據類型---也就是要有一個委托。
大致使用步驟：聲明一個委托數據類型，聲明的一個新的委托相當於一個數據類型。
可以用來作為形式參數的類型，在方法調用的時候，賦值一個與此委托相當簽名的方法。
3、委托的內部機制
C#將所有委托定義成間接派生於System.Delegate
委托類型的對象模型：待查。
所有委托都是不可變的。更改“委托”要求實例化一個新委托，並在新委托中包含要修改
的地方。
4、委托類型的定義
1 class DelegateSample 2 { 3 public delegate bool ComparisonHandler(int first, int second); 4 //相當於創建了一個數據類型：DelegateSample.ComparisonHandler 5 //因為它被定義成嵌套在DelegateSample中的一個類型。 6 7 } 8 雖然所有委托數據類型都間接從System.Delegate派生，但C#編譯器並不允許定義一個直接或間接 9 從System.Delegate派生的類。 10 11 class Program 12 { 13 static void Main(string[] args) 14 { 15 16 int[] arr = new int[] { 1, 32, 5, 645, 4, 6, 73, 5, 36, 61, 7, 66 }; 17 string str = ""; 18 //調用方法時，將指定的函數作為實際參數使用。使用方法來創建一個委托變量，委托是一個引用類型，但不必 19 //用new來實例化它。直接傳遞名稱，而不是顯式實例化，這是自C#2.0開始支持的一個新語法，稱為委托推斷 delegate interface 20 //采用這個語法，編譯器將根據方法名來查找方法簽名，並驗證它同方法的參數類型匹配。 21 SimpleSort1.BubbleSort(arr, SimpleSort1.GreaterThan); 22 for (int i = 0; i < arr.Length; i++) 23 { 24 str += arr[i] + ","; 25 26 } 27 Console.WriteLine(str); 28 29 str = ""; 30 SimpleSort1.BubbleSort(arr, SimpleSort1.LonwerThan); 31 for (int i = 0; i < arr.Length; i++) 32 { 33 str += arr[i] + ","; 34 35 } 36 Console.WriteLine(str); 37 38 str = ""; 39 SimpleSort1.BubbleSort(arr, SimpleSort1.CharThan); 40 for (int i = 0; i < arr.Length; i++) 41 { 42 str += arr[i] + ","; 43 44 } 45 Console.WriteLine(str); 46 47 Console.ReadLine(); 48 49 50 51 } 52 } 53 54 static class SimpleSort1 55 { 56 //使用委托數據類型 聲明一個變量作為形式參數 57 public static void BubbleSort(int[] items, DelegateSample.ComparisonHandler compareMethod) 58 { 59 int i = 0, j = 0, temp = 0; 60 if (items == null) 61 { 62 return; 63 } 64 for (i = items.Length - 1; i >= 0; i--) 65 { 66 for (j = 1; j <= i; j++) 67 { 68 if (compareMethod(items[j - 1], items[i])) 69 { 70 temp = items[j - 1]; 71 items[j - 1] = items[i]; 72 items[i] = temp; 73 } 74 } 75 } 76 } 77 78 79 //以下四個函數都與數據類型DelegateSample.ComparisonHandler(委托) 具有同樣的簽名 80 public static bool GreaterThan(int first, int second) 81 { 82 return first > second; 83 } 84 public static bool LonwerThan(int first, int second) 85 { 86 return first < second; 87 } 88 public static bool CharThan(int first, int second) 89 { 90 int flag = (first.ToString()).CompareTo(second.ToString()); 91 return (flag > 0) ? true : false; 92 } 93 } 94 class DelegateSample 95 { 96 public delegate bool ComparisonHandler(int first, int second); 97 //相當於創建了一個數據類型：DelegateSample.ComparisonHandler 98 99 }
二、匿名方法
C#2.0 和更高的版本還支持不念舊惡名為匿名方法的特性。
所謂匿名方法，就是沒有實際方法聲明的委托實例。
1 DelegateSample.ComparisonHandler compareMethod; 2 compareMethod = 3 delegate(int first, int second) 4 { 5 return first > second; 6 }; 7 SimpleSort1.BubbleSort(arr, compareMethod);
在這個上下文中，delegate關鍵字指定了一個“委托字面值“類型，這類似用雙引號來指定一個
字符串字面值。
同理可以在不使用compareMethod 變量的前提下直接使用匿名方法當作實際參數來使用。
1 SimpleSort1.BubbleSort(arr, 2 delegate(int first, int second) 3 { 4 return first > second; 5 } 6 );
在任何情況下，匿名方法的參數和返回值類型都必須兼容於相對應的委托類型。
自C#2.0開始，可以利用匿名方法這一新特性來聲明一個沒有名字的方法，該方法將
自動被轉換成一個委托。
無參數的匿名方法，可以省略() ，但返回類型仍然需要與委托的返回類型兼容。
三、系統定義的委托：Func<> Action<>
在.NET3.5（C#3.0）中，存在一系列名為Action和Func的泛型委托。(委托模板)
System.Func代表有返回類型的委托，而System.Action代表無返回類型的委托。
這些委托全是泛型的，因此可以直接使用它們而不用自定義一個委托。
如：
系統自帶的
public delegate TResult Func<in T1, in T2, out TResult>(T1 arg1, T2 arg2);這只是其中的一種
更多可以參考源程序集。
可以如此使用
1 System.Func<int, int, bool> compareMethodFun; 2 compareMethodFun = 3 delegate(int first, int second) 4 { 5 return first > second; 6 };
代碼可以不必聲明一個ComparisonHandler委托類型，而是直接使用Func<int, int, bool> 這個泛型類型委托
來聲明一個委托類型的實例。
注：Func的最后一個類型參數總是委托的返回類型，在它之前的類型參數
則依次對應於委托參數的類型。
對於那些沒有返回類型而且不接受參數的委托，應該使用System.Action或者某個泛型類型。
比如自定義的委托類型，可以讓我們明確知道該委托的用途，相反
Func<int, int, bool> 除了讓我們明白方法的簽名之外，就不能再提供其他有意義的信息了。
注：這些只有安裝.NET3.5的客戶端才能使用此功能。
注意，即使可以且一個Func泛型委托來代替一個顯式定義的委托，兩者的類型也不兼容。
不能將一個委托類型賦給另一個委托類型的變量，即使類型參數匹配。
通過C#4.0 添加的對協變性和逆變性的支持，確實可以在它們之間進行一定程序的轉型。
但是，假如代碼中使用某個委托類型能使編碼變得更簡單，那么仍然應該聲明委托類型。
如
void Action<in T>(T arg) 有一個in類型的參數修飾符，所以支持逆變性
所以可以將Action<object>類型的一個對象賦給Action<string>類型的一個變量。
同理out
1 Action<Object> broadAction = delegate(Object o) 2 { 3 Console.WriteLine(o); 4 }; 5 Action<String> narrowAction = broadAction; 6 7 Func<string> narrowFunction = delegate() 8 { 9 return Console.ReadLine(); 10 }; 11 12 Func<Object> broadFunction = narrowFunction;
同理，可以in out同時發生。
1 Func<Object, String> narrowFunction = delegate(Object obj) 2 { 3 4 return obj.ToString(); 5 }; 6 7 Func<String, Object> broadFunction = narrowFunction;
在這些泛型委托中對協變性和逆變性 的需求是C#現在添加這個功能的一個關鍵原因。
四、Lambda表達式
C#3.0中引入的Lambda表達式是比匿名方法更加簡潔的一種匿名函數語法。
這里的匿名函數泛指Lambda表達式和匿名方法。
Lambda表達式本身划分為兩種類型:語句Lambda和表達式Lambda。
與匿名函數有關的術語，待查。
注：所有匿名函數都是不可變的。
1、語句Lambda
語句Lambda是C#3.0為匿名方法提供的一種簡化語法。
這種語法不包含delegate關鍵字，但添加了Lambda運算符 => 。
1 SimpleSort1.BubbleSort(arr, 2 (int first, int second) => 3 { 4 //可以有多個語句 5 return first > second; 6 } 7 );
查看含有Lambda運算符的代碼時，可以將這個運算符理解成"用於"兩字。
如以上則理解為first second用於返回 first>second。
語句Lambda還允許通過"類型參數推斷"來進一步簡化語法。可以不顯式聲明參數的
數據類型，只要編譯器能推斷出類型，語句Lambda就允許省略參數類型。
1 SimpleSort1.BubbleSort(arr, 2 (first, second) => 3 { 4 return first > second; 5 } 6 );
通常，只要編譯器能推斷出參數類型，或者能將參數類型隱式轉換成期望的類型，語句
Lambda就不需要參數類型。
只要語句Lambda包含了一個類型，所有類型都要加上。
即使是無參數的語句Lambda，也需要輸入一對空白的圓括號。
圓括號規則的一個例外是，如果編譯器能推斷出數據類型，而且只有一個輸入參數的時候，語句
Lambda可以不帶圓括號。
如：
1 IEnumerable<Process> processes = Process.GetProcesses().Where( 2 process => { return process.WorkingSet64 > (2 ^ 30); });
以上代碼返回的是對物理內存占用超過1GB的進程的一個查詢。
雖然一個語句Lambda允許包含任意數量的語句，但在它的語句塊中，一般只使用兩三條語句。
2、表達式Lambda
語句Lambda含有一個語句塊，所以可以包含多個語句或者零個語句。
表達式Lambda只有一個表達式，沒有語句塊。其它一致。
如：
1 SimpleSort1.BubbleSort(arr, (first, second) => first > second); 2 SimpleSort1.BubbleSort(arr, (int first, int second) => first > second);
語句Lambda和表達式Lambda的區別在於，語句Lambda在Lambda運算符的右側有一個語句塊，用{}包含。
而表達式Lambda只有一個表達式(沒有return語句及大括號)。
注：括號及參數類型的省略同語句Lambda
3、Lambda表達式和匿名方法的內部機制
Lambda表達式(和匿名方法)並非CLR內部的固有構造，它們的實現是C#編譯器在編譯時生成的。
Lambda表達式為“以內嵌方式聲明的委托”模式提供了一個對應的C#語言構造。
這樣一來，C#編譯就會為這個模式生成實現代碼。
在CIL中，一個匿名方法被轉換成一個單獨、由編譯器
內部聲明的靜態方法，這個靜態方法再實例化成一個委托，並作為參數傳遞。
4、外部變量
在Lambda表達式（包括參數）的外部聲明，但在Lambda表達式內部訪問的局部變量稱為該
Lambda表達式的外部變量。
this也是一個外部變量，外部變量被匿名函數捕捉（訪問）后，在匿名函數的委托被銷毀之前，該
外部變量將一直存在。
被捕捉的變量的生存期至少和捕捉它的最長命的委托對象一樣長。
類似閉包。
外部變量的CIL實現 。
被捕捉的局部變量被當作一個實例字段來實現，從而延長了其生命周期。
對局部變量的所有引用都被重新編寫成對那個字段的引用。
變量允許在不改變表達式簽名的前提下，將數據從表達戒指一次調用傳遞到下一次調用。
5、表達式樹
如果一種Lambda表達式代表的是與表達式有關的數據，而不是編譯好的代碼，這種Lambda表達式就是
"表達式樹"。
1、Lambda表達式作為數據使用
由於表達式樹代表的是數據而非編譯好的代碼，所以可以把數據轉換成一種替代格式。
例如，可以把它從表達式數據轉換成數據庫中執行的SQL代碼。
但，表達式樹並非只能轉換成SQL語句。
2、表達式樹作為對象圖使用
表達式樹轉換成的數據是一個對象圖，它由System.Linq.Expressions.Expression表示。
3、Lambda表達式和表達式樹的比較
在編譯時，Lambda表達式在CIL中被編譯成一個委托，而表達式樹被編譯成System.Linq.Expressions.Expression
類型的一個數據結構。
可通過System.Linq.Enumerable 與 System.Linq.Queryable這兩個類的進行比較.
它們分別實現了IEnumerable和IQueryable集合接口。例如 Where()。
4、解析表達式樹
由於Lambda表達式沒有與生俱來的類型，所以將Lambda表達式賦給System.Linq.Expressions.Expression<TDelegate>
會創建表達式樹，而不是委托。
1 System.Linq.Expressions.Expression<Func<int, int, bool>> expression; 2 expression = (x, y) => x > y;
表達式樹是一個數據集合，而通過遍歷數據，就可以將數據轉換成另一種格式。
有多個表達式類型，
如：
System.Linq.Expressions.BinaryExpression
System.Linq.Expressions.ConditionalExpression
System.Linq.Expressions.LambdaExpression
System.Linq.Expressions.MethodCallExpression
System.Linq.Expressions.ParameterExpression
System.Linq.Expressions.ConstantExpression
每個類都派生自System.Linq.Expressions.Expression
通常，語句Lambda和表達式Lambda可以互換使用。然則，不能將語句Lambda轉換成"表達式樹"。
只能使用表達式Lambda語法來表示"表達式樹"。
小結：
利用委托，可以傳遞一組能在不同位置調用的指令，這些指令不是立即調用的，而是在完成編碼之后，再在其他位置調用。
C#2.0 中引入了"匿名方法"
C#3.0 中引入了Lambda表達式的概念。
Lambda表達式語法取代(但並非消除)了C#2.0 的匿名語法。
不管哪種語法，程序員都可以利用它們直接將一組指令賦一個變量，而不必顯式地定義
一個包含這些指令的方法。
這使得程序員可以在方法內部動態地編寫指令----這是一個很強大的概念，
它通過一個稱為LINQ（語言集成查詢）的API大幅簡化了集合編程。
表達式樹的概念，描述了它們如何編譯成數據來表示一個Lambda表達式，而不是表示委托的具體實現。
利用這一特性，LINQ to SQL 和 LINQ to XML等庫能解釋表達式樹，
並在CIL之外的上下文中使用它。