C#——Lambda 表达式
C#——Lambda 表达式
“Lambda 表达式”是采用以下任意一种形式的表达式：
- 表达式 lambda，表达式为其主体：
(input-parameters) => expression
- 语句 lambda，语句块作为其主体：
(input-parameters) => { <sequence-of-statements> }
使用 lambda 声明运算符=> 从其主体中分离 lambda 参数列表。 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。
任何 Lambda 表达式都可以转换为委托类型。 Lambda 表达式可以转换的委托类型由其参数和返回值的类型定义。 如果 lambda 表达式不返回值，则可以将其转换为 Action 委托类型之一；否则，可将其转换为 Func 委托类型之一。 例如，有 2 个参数且不返回值的 Lambda 表达式可转换为 Action
Func<int, int> square = x => x * x;
Console.WriteLine(square(5));
// Output:
// 25
表达式 lambda 还可以转换为表达式树类型，如下面的示例所示：
System.Linq.Expressions.Expression<Func<int, int>> e = x => x * x;
Console.WriteLine(e);
// Output:
// x => (x * x)
可在需要委托类型或表达式树的实例的任何代码中使用 lambda 表达式，例如，作为 Task.Run(Action) 方法的参数传递应在后台执行的代码。 用 C# 编写 LINQ 时，还可以使用 lambda 表达式，如下例所示：
int[] numbers = { 2, 3, 4, 5 };
var squaredNumbers = numbers.Select(x => x * x);
Console.WriteLine(string.Join(" ", squaredNumbers));
// Output:
// 4 9 16 25
如果使用基于方法的语法在 System.Linq.Enumerable 类中（例如，在 LINQ to Objects 和 LINQ to XML 中）调用 Enumerable.Select 方法，则参数为委托类型 System.Func
表达式 lambda
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 会返回表达式的结果，并采用以下基本形式：
(input-parameters) => expression
表达式 lambda 的主体可以包含方法调用。 不过，若要创建在 .NET 公共语言运行时 (CLR) 的上下文之外（如在 SQL Server 中）计算的表达式树，则不得在 lambda 表达式中使用方法调用。 在 .NET 公共语言运行时 (CLR) 上下文之外，方法将没有任何意义。
语句 lambda
语句 lambda 与表达式 lambda 类似，只是语句括在大括号中：
(input-parameters) => { <sequence-of-statements> }
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。
Action<string> greet = name =>
{
string greeting = $"Hello {name}!";
Console.WriteLine(greeting);
};
greet("World");
// Output:
// Hello World!
不能使用语句 lambda 创建表达式树。
lambda 表达式的输入参数
将 lambda 表达式的输入参数括在括号中。 使用空括号指定零个输入参数：
Action line = () => Console.WriteLine();
如果 lambda 表达式只有一个输入参数，则括号是可选的：
Func<double, double> cube = x => x * x * x;
两个或更多输入参数使用逗号加以分隔：
Func<int, int, bool> testForEquality = (x, y) => x == y;
有时，编译器无法推断输入参数的类型。 可以显式指定类型，如下面的示例所示：
Func<int, string, bool> isTooLong = (int x, string s) => s.Length > x;
输入参数类型必须全部为显式或全部为隐式；否则，便会生成 CS0748 编译器错误。
从 C# 9.0 开始，可以使用弃元指定 lambda 表达式中不使用的两个或更多输入参数：
Func<int, int, int> constant = (_, _) => 42;
使用 lambda 表达式提供事件处理程序时，lambda 弃元参数可能很有用。
为了向后兼容，如果只有一个输入参数命名为 ，则在 lambda 表达式中， 将被视为该参数的名称。
异步 lambda
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。
public partial class Form1 : Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent();
button1.Click += button1_Click;
}
private async void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
await ExampleMethodAsync();
textBox1.Text += "\r\nControl returned to Click event handler.\n";
}
private 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 async 修饰符，如下面的示例所示：
public partial class Form1 : Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent();
button1.Click += async (sender, e) =>
{
await ExampleMethodAsync();
textBox1.Text += "\r\nControl returned to Click event handler.\n";
};
}
private async Task ExampleMethodAsync()
{
// The following line simulates a task-returning asynchronous process.
await Task.Delay(1000);
}
}
lambda 表达式和元组
自 C# 7.0 起，C# 语言提供对元组的内置支持。 可以提供一个元组作为 Lambda 表达式的参数，同时 Lambda 表达式也可以返回元组。 在某些情况下，C# 编译器使用类型推理来确定元组组件的类型。
可通过用括号括住用逗号分隔的组件列表来定义元组。 下面的示例使用包含三个组件的元组，将一系列数字传递给 lambda 表达式，此表达式将每个值翻倍，然后返回包含乘法运算结果的元组（内含三个组件）。
Func<(int, int, int), (int, int, int)> doubleThem = ns => (2 * ns.Item1, 2 * ns.Item2, 2 * ns.Item3);
var numbers = (2, 3, 4);
var doubledNumbers = doubleThem(numbers);
Console.WriteLine($"The set {numbers} doubled: {doubledNumbers}");
// Output:
// The set (2, 3, 4) doubled: (4, 6, 8)
通常，元组字段命名为 Item1、Item2 等等。但是，可以使用命名组件定义元组，如以下示例所示。
Func<(int n1, int n2, int n3), (int, int, int)> doubleThem = ns => (2 * ns.n1, 2 * ns.n2, 2 * ns.n3);
var numbers = (2, 3, 4);
var doubledNumbers = doubleThem(numbers);
Console.WriteLine($"The set {numbers} doubled: {doubledNumbers}");
含标准查询运算符的 lambda
在其他实现中，LINQ to Objects 有一个输入参数，其类型是泛型委托 Func 系列中的一种。 这些委托使用类型参数来定义输入参数的数量和类型，以及委托的返回类型。 Func 委托对于封装用户定义的表达式非常有用，这些表达式将应用于一组源数据中的每个元素。 例如，假设为 Func
public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg)
可以将委托实例化为 Func
Func<int, bool> equalsFive = x => x == 5;
bool result = equalsFive(4);
Console.WriteLine(result); // False
参数类型为 Expression 时，也可以提供 Lambda 表达式，例如在 Queryable 类型内定义的标准查询运算符中提供。 指定 Expression 参数时，lambda 编译为表达式树。
下面的示例使用 Count 标准查询运算符：
int[] numbers = { 5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
int oddNumbers = numbers.Count(n => n % 2 == 1);
Console.WriteLine($"There are {oddNumbers} odd numbers in {string.Join(" ", numbers)}");
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)。
下面的示例生成一个序列，其中包含 numbers 数组中位于 9 之前的所有元素，因为这是序列中第一个不符合条件的数字：
int[] numbers = { 5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
var firstNumbersLessThanSix = numbers.TakeWhile(n => n < 6);
Console.WriteLine(string.Join(" ", firstNumbersLessThanSix));
// Output:
// 5 4 1 3
以下示例通过将输入参数括在括号中来指定多个输入参数。 此方法返回 numbers 数组中的所有元素，直至遇到值小于其在数组中的序号位置的数字为止：
int[] numbers = { 5, 4, 1, 3, 9, 8, 6, 7, 2, 0 };
var firstSmallNumbers = numbers.TakeWhile((n, index) => n >= index);
Console.WriteLine(string.Join(" ", firstSmallNumbers));
// Output:
// 5 4
Lambda 表达式中的类型推理
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。 如果要查询 IEnumerable，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：
customers.Where(c => c.City == "London");
lambda 类型推理的一般规则如下：
- 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，因为通用类型系统没有“lambda 表达式”这一固有概念。 不过，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。
捕获 lambda 表达式中的外部变量和变量范围
lambda 可以引用外部变量。 这些变量是在定义 lambda 表达式的方法中或包含 lambda 表达式的类型中的范围内变量。 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：
public static class VariableScopeWithLambdas
{
public class VariableCaptureGame
{
internal Action<int> updateCapturedLocalVariable;
internal Func<int, bool> isEqualToCapturedLocalVariable;
public void Run(int input)
{
int j = 0;
updateCapturedLocalVariable = x =>
{
j = x;
bool result = j > input;
Console.WriteLine($"{j} is greater than {input}: {result}");
};
isEqualToCapturedLocalVariable = x => x == j;
Console.WriteLine($"Local variable before lambda invocation: {j}");
updateCapturedLocalVariable(10);
Console.WriteLine($"Local variable after lambda invocation: {j}");
}
}
public static void Main()
{
var game = new VariableCaptureGame();
int gameInput = 5;
game.Run(gameInput);
int jTry = 10;
bool result = game.isEqualToCapturedLocalVariable(jTry);
Console.WriteLine($"Captured local variable is equal to {jTry}: {result}");
int anotherJ = 3;
game.updateCapturedLocalVariable(anotherJ);
bool equalToAnother = game.isEqualToCapturedLocalVariable(anotherJ);
Console.WriteLine($"Another lambda observes a new value of captured variable: {equalToAnother}");
}
// Output:
// Local variable before lambda invocation: 0
// 10 is greater than 5: True
// Local variable after lambda invocation: 10
// Captured local variable is equal to 10: True
// 3 is greater than 5: False
// Another lambda observes a new value of captured variable: True
}
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。
- 在封闭方法中看不到 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 in、ref 或 out 参数。
- lambda 表达式中的 return 语句不会导致封闭方法返回。
- 如果相应跳转语句的目标位于 lambda 表达式块之外，lambda 表达式不得包含 goto、break 或 continue 语句。 同样，如果目标在块内部，在 lambda 表达式块外部使用跳转语句也是错误的。
从 C# 9.0 开始，可以将 static 修饰符应用于 lambda 表达式，以防止由 lambda 无意中捕获本地变量或实例状态：
Func<double, double> square = static x => x * x;
静态 lambda 无法从封闭范围中捕获本地变量或实例状态，但可以引用静态成员和常量定义。