C# 深入理解委托、匿名方法和 Lambda 表达式
lambda的概念建立在委托的基础上，委托，实现了类型安全的回调方法。在.NET 中回调无处不在，所以委托也无处不在，事件模型建立在委托机制上，Lambda 表达式本质上就是一种匿名委托。本文中将完成一次关于委托的旅行，全面阐述委托及其核心话题，逐一梳理委托、委托链、事件、匿名方法和 Lambda 表达式。
委托的定义
了解委托，从其定义开始，通常一个委托被声明为：
public delegate void CalculateDelegate(Int32 x, Int32 y);关键字 delegate 用于声明一个委托类型 CalculateDelegate，可以对其添加访问修饰符，默认其返回值类型为 void，接受两个 Int32 型参数 x 和 y，但是委托并不等同与方法，而是一个引用类型，类似于 C++中的函数指针，稍后在委托本质里将对此有所交代。
下面的示例将介绍如何通过委托来实现一个计算器模拟程序，在此基础上来了解关于委托的定义、创建和应用：
using System;
namespace DelegateAndEvent
{
public class DeepInto
{
//声明一个委托
public delegate void CalculateDelegate(Int32 x, Int32 y);
//创建与委托关联的方法，二者具有相同的返回值类型和参数列表
public static void Add(Int32 x, Int32 y)
{
Console.WriteLine(x + y);
}
//定义委托类型变量
private static CalculateDelegate myDelegate;
public static void Run()
{
//进行委托绑定
myDelegate = new CalculateDelegate(Add);
//回调 Add 方法
myDelegate(100, 200);
}
}
}上述示例，在类 DelegateEx 内部声明了一个 CalculateDelegate 委托类型，它具有和关联方法Add 完全相同的返回值类型和参数列表，否则将导致编译时错误。将方法 Add 传递给 CalculateDelegate 构造器，也就是将方法 Add 指派给 CalculateDelegate 委托，并将该引用赋给 myDelegate 变量，也就表示 myDeleage 变量保存了指向 Add 方法的引用，以此实现对 Add 的回调。
由此可见，委托表示了对其回调方法的签名，可以将方法当作参数进行传递，并根据传入的方法来动态的改变方法调用。只要为委托提供相同签名的方法，就可以与委托绑定，例如：
public static void Subtract(Int32 x, Int32 y) {
Console.WriteLine(x - y);
}同样，可以将方法 Subtract 分配给委托，通过参数传递实现方法回调，例如：
public static void Main()
{
//进行委托绑定
myDelegate = new CalculateDelegate(Subtract);
myDelegate(100, 200);
}多播委托和委托链
在上述委托实现中，Add 方法和 Subtract 可以绑定于同一个委托类型 myDelegate，由此可以很容易想到将多个方法绑定到一个委托变量，在调用一个方法时，可以依次执行其绑定的所有方法，这种技术称为多播委托。在.NET 中提供了相当简洁的语法来创建委托链，以+=和-=操作符分别进行绑定和解除绑定的操作，多个方法绑定到一个委托变量就形成一个委托链，对其调用时，将会依次调用所有绑定的回调方法。例如：
myDelegate = new CalculateDelegate(Add);
myDelegate += new CalculateDelegate(Subtract);
myDelegate += new CalculateDelegate(Multiply);
myDelegate(100, 200);上述执行将在控制台依次输出 300、-100 和 20000 三个结果，可见多播委托按照委托链顺序调用所有绑定的方法，同样以-=操作可以解除委托链上的绑定，例如：
myDelegate -= new CalculateDelegate(Add);
myDelegate(100, 200);结果将只有-100 和 20000 被输出，可见通过-=操作解除了 Add 方法。 事实上，+=和-=操作分别调用了 Deleagate.Combine 和 Deleagate.Remove 方法，由对应的 IL 可知：
.method public hidebysig static void Main() cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小 151 (0x97)
.maxstack 4
IL_0000: nop
IL_0001: ldnull
IL_0002: ldftn void
InsideDotNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx::Add(int32, int32)
//部分省略……
IL_0023: call class [mscorlib]System.Delegate [mscorlib]System.Delegate:: Combine(class [ms
corlib]System.Delegate, class [mscorlib]System.Delegate)
//部分省略……
IL_0043: call class [mscorlib]System.Delegate [mscorlib]System.Delegate:: Combine(class [ms
corlib]System.Delegate, class [mscorlib]System.Delegate)
//部分省略……
IL_0075: call class [mscorlib]System.Delegate [mscorlib]System.Delegate:: Remove(class [ms
corlib]System.Delegate, class [mscorlib]System.Delegate)
//部分省略……
IL_0095: nop
IL_0096: ret
} // end of method DelegateEx::Main所以，上述操作实际等效于：
public static void Main()
{
myDelegate = (CalculateDelegate)Delegate.Combine(new CalculateDelegate(Add),
new CalculateDelegate(Subtract), new CalculateDelegate(Multiply));
myDelegate(100, 200);
myDelegate = (CalculateDelegate)Delegate.Remove(myDelegate,
new CalculateDelegate(Add));
myDelegate(100, 200);
}另外，多播委托返回值一般为 void，委托类型为非 void 类型时，多播委托将返回最后一个调 用的方法的执行结果，所以在实际的应用中不被推荐。
委托的本质
委托在本质上仍然是一个类，如此简洁的语法正是因为 CLR 和编译器在后台完成了一系列操作，将上述 CalculateDelegate 委托编译为 IL，你将会看得更加明白，如图：
所以，委托本质上仍旧是一个类，该类继承自 System.MulticastDelegate 类，该类维护一个带有链接的委托列表，在调用多播委托时，将按照委托列表的委托顺序而调用的。还包括一个接受两个参数的构造函数和 3 个重要方法：BeginInvoke、EndInvoke 和 Invoke。
首先来了解 CalculateDelegate 的构造函数，它包括了两个参数：第一个参数表示一个对象引用，它指向了当前委托调用回调函数的实例，在本例中即指向一个 DelegateEx 对象；第二个参数标识了回调方法，也就是 Add 方法。因此，在创建一个委托类型实例时，将会为其初始化一个指向对象的引用和一个标识回调方法的整数，这是由编译器完成的。那么一个回调方法是如何被执行的，继续以 IL 代码来分析委托的调用，即可显露端倪（在此仅分析委托关联 Add 方法时的情况）：
.method public hidebysig static void Main() cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小 37 (0x25)
.maxstack 8
IL_0000: nop
IL_0001: ldnull
IL_0002: ldftn void
InsideDotNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx::Add(int32, int32)
IL_0008: newobj instance void InsideDotNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx/ CalculateDelega
te::.ctor(object, native int)
IL_000d: stsfld class InsideDotNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx/ CalculateDelegate InsideD
otNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx::myDelegate
IL_0012: ldsfld class
InsideDotNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx/Calculate Delegate InsideDotNet.NewFeature.CSharp
3.DelegateEx::myDelegate
IL_0017: ldc.i4.s 100
IL_0019: ldc.i4 0xc8
IL_001e: callvirt instance void InsideDotNet.NewFeature.CSharp3.DelegateEx/ CalculateDelegat
e::Invoke(int32, int32)
IL_0023: nop
IL_0024: ret} // end of method DelegateEx::Main在 IL 代码中可见，首先调用 CalculateDelegate 的构造函数来创建一个 myDelegate 实例，然后通过 CalculateDelegate::Invoke 执行回调方法调用，可见真正执行调用的是 Invoke 方法。因此，你也可以通过 Invoke 在代码中显示调用，例如：
myDelegate.Invoke(100, 200);其执行过程和隐式调用是一样的，注意在.NET 1.0 中 C#编译器是不允许显示调用的，以后的版本中修正了这一限制。
另外，Invoke 方法直接对当前线程调用回调方法，在异步编程环境中，除了 Invoke 方法，也会生成 BeginInvoke 和 EndInvoke 方法来完成一定的工作。这也就是委托类中另外两个方法的作用。
委托和事件
.NET 的事件模型建立在委托机制之上，透彻的了解了委托才能明白的分析事件。可以说，事件是对委托的封装，从委托的示例中可知，在客户端可以随意对委托进行操作，一定程度上破坏了面向的对象的封装机制，因此事件实现了对委托的封装。 下面，通过将委托的示例进行改造，来完成一个事件的定义过程：
using System;
namespace DelegateAndEvent
{
public class Calculator
{
//定义一个 CalculateEventArgs，
//用于存放事件引发时向处理程序传递的状态信息
public class CalculateEventArgs : EventArgs
{
public readonly Int32 x, y;
public CalculateEventArgs(Int32 x, Int32 y)
{
this.x = x;
this.y = y;
}
}
//声明事件委托
public delegate void CalculateEventHandler(object sender, CalculateEventArgs e);
//定义事件成员，提供外部绑定
public event CalculateEventHandler MyCalculate;
//提供受保护的虚方法，可以由子类覆写来拒绝监视
protected virtual void OnCalculate(CalculateEventArgs e)
{
if (MyCalculate != null)
{
MyCalculate(this, e);
}
}
//进行计算，调用该方法表示有新的计算发生
public void Calculate(Int32 x, Int32 y)
{
CalculateEventArgs e = new CalculateEventArgs(x, y);
//通知所有的事件的注册者
OnCalculate(e);
}
}
}示例中，对计算器模拟程序做了简要的修改，从二者的对比中可以体会事件的完整定义过程，主要包括：
- 定义一个内部事件参数类型，用于存放事件引发时向事件处理程序传递的状态信息，EventArgs是事件数据类的基类。
- 声明事件委托，主要包括两个参数：一个表示事件发送者对象，一个表示事件参数类对象。
- 定义事件成员。
- 定义负责通知事件引发的方法，它被实现为 protected virtual 方法，目的是可以在派生类中覆写该方法来拒绝监视事件。
- 定义一个触发事件的方法，例如 Calculate 被调用时，表示有新的计算发生。
一个事件的完整程序就这样定义好了。然后，还需要定义一个事件触发程序，用来监听事件：
//定义事件触发者
public class CalculatorManager
{
//定义消息通知方法
public void Add(object sender, Calculator.CalculateEventArgs e)
{
Console.WriteLine(e.x + e.y);
}
public void Substract(object sender, Calculator.CalculateEventArgs e)
{
Console.WriteLine(e.x - e.y);
}
}最后，实现一个事件的处理程序：
public class Test_Calculator
{
public static void Run()
{
Calculator calculator = new Calculator();
//事件触发者
CalculatorManager cm = new CalculatorManager();
//事件绑定
calculator.MyCalculate += cm.Add;
calculator.Calculate(100, 200);
calculator.MyCalculate += cm.Substract;
calculator.Calculate(100, 200);
//事件注销
calculator.MyCalculate -= cm.Add;
calculator.Calculate(100, 200);
}
}如果对设计模式有所了解，上述实现过程实质是 Observer 模式在委托中的应用，在.NET 中对Observer 模式的应用严格的遵守了相关的规范。在 Windows Form 程序开发中，对一个Button 的Click 就对应了事件的响应，例如：
this.button1.Click += new System.EventHandler(this.button1_Click);用于将 button1_Click 方法绑定到 button1 的 Click 事件上，当有按钮被按下时，将会触发执行 button1_Click 方法：
private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { }匿名方法
匿名方法以内联方式放入委托对象的使用位置，而避免创建一个委托来关联回调方法，也就是由委托调用了匿名的方法，将方法代码和委托实例直接关联，在语法上有简洁和直观的好处。例如以匿名方法来绑定 Click 事件将变得非常简单：
button1.Click += delegate
{
MessageBox.Show("Hello world.");
};因此，有必要以匿名方法来实现本节开始的委托示例，了解其实现过程和底层实质，例如：
class AnonymousMethodEx
{
delegate void CalculateDelegate(Int32 x, Int32 y);
public static void Run()
{
//匿名方法
CalculateDelegate mySubstractDelegate = delegate(Int32 x, Int32 y) { Console.WriteLine(x - y); };
CalculateDelegate myAddDelegate = delegate(Int32 x, Int32 y) { Console.WriteLine(x + y); };
mySubstractDelegate(100, 200);
}
}事实上，匿名方法和委托在 IL 层是等效的，编译器为匿名方法增加了两个静态成员和静态方法，如图：
由编译器生成的两个静态成员和静态方法，辅助实现了委托调用一样的语法结构，这正是匿名方法在底层的真相。
Lambda表达式
Lambda 表达式是 Functional Programming 的核心概念，现在 C# 3.0 中也引入了 Lambda 表达式来实现更加简洁的语法，并且为 LINQ 提供了语法基础。再次应用 Lambda 表达式来实现相同的过程，其代码为：
using System;
namespace Lambda
{
public class LambdaExpressionEx
{
delegate void CalculateDelegate(Int32 x, Int32 y);
public static void Run()
{
CalculateDelegate myDelegate = (x, y) => Console.WriteLine(x - y);
myDelegate(100, 200);
}
}
}分析 Lambda 表达式的 IL 代码，可知编译器同样自动生成了相应的静态成员和静态方法，Lambda 表达式在本质上仍然是一个委托。带来这一切便利的是编译器，在此对 IL 上的细节不再做进一步分析。
规则
- 委托实现了面向对象的，类型安全的方法回调机制。
- 以 Delegate 作为委托类型的后缀，以 EventHandle 作为事件委托的后缀，是规范的命名规则。
- 多播委托返回值一般为 void，不推荐在多播委托中返回非 void 的类型。
- 匿名方法和 Lambda 表达式提供了更为简洁的语法表现，而这些新的特性主要是基于编译器而实现的，在 IL 上并没有本质的变化。
- .NET 的事件是 Observer 模式在委托中的应用，并且基于.NET 规范而实现，体现了更好的耦合性和灵活性。