再谈C#中的委托,匿名方法和Lambda表达式

http://www.codeproject.com/KB/cs/DelegatesOMy.aspx

简介

　　在.NET中，委托，匿名方法和Lambda表达式很容易发生混淆。我想下面的代码能证实这点。下面哪一个First会被编译？哪一个会返回我们需要的结果？即Customer.ID=5.答案是6个First不仅被编译，并都获得正确答案，且他们的结果一样。如果你对此感到困惑，那么请继续看这篇文章。

01 class Customer
02 {
03     public int ID { get; set; }
04     public static bool Test(Customer x)
05     {
06         return x.ID == 5;
07     }
08 }
09 ...
10 List<Customer> custs = new List<Customer>();
11 custs.Add(new Customer() { ID = 1 });
12 custs.Add(new Customer() { ID = 5 });
13
14 custs.First(new Func<Customer, bool>(delegate(Customer x) { return x.ID == 5; }));
15 custs.First(new Func<Customer, bool>((Customer x) => x.ID == 5));
16 custs.First(delegate(Customer x) { return x.ID == 5; });
17 custs.First((Customer x) => x.ID == 5);
18 custs.First(x => x.ID == 5);
19 custs.First(Customer.Test);

什么是委托？

　　现在你定义一个处理用户订单的购物车ShoppingCart类。管理层决定根据数量，价格等给客人折扣。做为其中的一部分，他们已经实现了处理订单时你要考虑一方面。不用考虑过多，你简单声明一个变量来保存有“吸引力的折扣”(magicDisCount)，然后实现逻辑。

01 class Program {
02     static void Main(string[] args)  {
03         new ShoppingCart().Process();
04     }
05 }
06 class ShoppingCart {
07     public void Process() {
08         int magicDiscount = 5;
09         // ...
10     }
11 }

　　第二天，异想天开的管理层决定根据购买时间调整折扣。这个很简单，但需要你改动一点代码。

1 class ShoppingCart {
2     public void Process() {
3         int magicDiscount = 5;
4         if (DateTime.Now.Hour < 12) {
5             magicDiscount = 10;
6         }
7     }
8 }

　　接下来一段时间里，管理层又反复添加更多的折扣逻辑。这时你就会在心理抱怨“受够了”。那么我该怎么做才能把这些无聊的逻辑从我的代码中剥离出去，让该处理的人去处理呢？这时你要做的是移交或者委派给相应职能的别人。幸运的是，.NET为此提供了一种叫做“委托”的机制。

委托

　　如果你有C/C++编程背景，描述委托最好的方法是“函数指针”。对所有人来说，可以认为把委托传递给方法与把值或对象传递给方法一样。比如下面三行代码就表现出一样的基本原则：你在传递数据给Process处理而不是你自己使用。

1 // 给方法Process传递一个整形值
2 Process( 5 );
3 // 给方法Process传递一个ArrayList的引用
4 Process( new ArrayList() );
5 // 给方法Process传递一个方法的引用
6 Process( discountDelegate );

　　DiscountDelegate是什么？我如何创建？Process方法如何使用？首先如同声明一个类一样，声明一个委托类型。

1 delegate int DiscountDelegate();

　　这句话的意思是我们有一个叫DiscountDelegate的委托类型，我们可以像使用类，结构体等一样使用它。它不需要数据参数，但返回一个整数值。像类一样，我们必须创建一个它的实例它才有意义。记住，创建一个委托实例实质上是创建一个方法的引用。创建实例时关键是要明白DiscountDelegate没有任何构造器，它有一个隐式的构造函数来构造一个与它相同签名的方法(没有传入参数，返回一个整数)。那你怎么给这个构造函数一个方法呢？.NET向你提供了一个向它名字一样简单的方法，你所做的只是忽略圆括号。

  
    
 
     
1 DiscountDelegate discount = new DiscountDelegate(class.method);
 
    

　　在深入之前，先回到开始的例子，整理一个代码。我们会添加一个Calculator类来帮助我们处理折扣逻辑，并给我们的委托提供一些方法。
  
    
 
     
01 delegate int DiscountDelegate();
02
03 class Program {
04     static void Main(string[] args) {
05         Calculator calc = new Calculator();
06         DiscountDelegate discount = null;
07         if (DateTime.Now.Hour < 12) {
08             discount = new DiscountDelegate(calc.Morning);
09         }
10         else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
11             discount = new DiscountDelegate(calc.Afternoon);
12         }
13         else {
14             discount = new DiscountDelegate(calc.Night);
15         }
16         new ShoppingCart().Process(discount);
17     }
18 }
19 class Calculator {
20     public int Morning() {
21         return 5;
22     }
23     public int Afternoon() {
24         return 10;
25     }
26     public int Night() {
27         return 15;
28     }
29 }
30 class ShoppingCart {
31     public void Process(DiscountDelegate discount) {
32         int magicDiscount = discount();
33         // ...
34     }
35 }
 
    

　　正如你所见，在Calculator类中，我们为每个逻辑分支创建了一个方法。在Main方法中，我们创建一个Calculator实例和一个DiscountDelegate实例，并按照我们所期望的把它们整合在一起。
　　太棒了，我们不用担心Process方法中的逻辑了，我们只需要简单得回调我们定义的委托。记住！我们不关心委托是如何创建的(或什么时间)，我们就像调用其他方法一样调用它。如你所见，另一种理解委托的方法是，它延迟执行一个方法。Calculator方法在过去某个时间本选择，但不会执行，直到我们调用discount()的时候。现在看看我们的解决方案，这里仍然存在一些丑陋的代码。在Calculator类中，我们可以用一个不同的方法来返回替代每个有返回值得方法吗？答案是肯定的，让我们把这些乱糟糟的代码合并起来。
  
    
 
     
01 delegate int DiscountDelegate();
02
03 class Program {
04     static void Main(string[] args) {
05         new ShoppingCart().Process(new DiscountDelegate(Calculator.Calculate));
06     }
07 }
08 class Calculator {
09     public static int Calculate() {
10         int discount = 0;
11         if (DateTime.Now.Hour < 12) {
12             discount = 5;
13         }
14         else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
15             discount = 10;
16         }
17         else {
18             discount = 15;
19         }
20         return discount;
21     }
22 }
23 class ShoppingCart {
24     public void Process(DiscountDelegate discount) {
25         int magicDiscount = discount();
26          // ...
27     }
28 }
 
    
　　这样子看起来更好点。你会注意到我们用一个静态的Calculate方法替换了所有原来的方法，在Main方法中也不用费心维护一个指向DiscountDelegate的引用。现在你明白了所有关于委托的东西了吗？在2004年.NET1.1中可以这么说，但是很不幸的是，这种框架自那以后更加成熟了。
灯光，镜头，开始 或者我们需要Func!
　　微软在.NET 2.0中引入了泛型，并提供了一个泛型委托:Action<T>。老实说，我认为它远不够用。后来在.NET 3.5中，它为我们提供了一些我们不想定义的通用委托。他们扩展了Action，并添加了Func，二者唯一区别在于Func型方法有一个返回值而Action型方法没有。
　　这意味着我们不需要声明自己的DiscountDelegate，可以用Func<int>替代。为说明这些观点是如何工作的，我们来假设管理层又一次改变了我们的逻辑，我们需要提供一些特殊的折扣。很简单，我们将给Calculate方法传入一个bool型值。
　　现在我们的委托签名变成Func<bool,int>。注意Calculate方法现在包含一个bool型参数，我们用一个bool值调用discount()。
  
    
 
     
01 class Program {
02     static void Main(string[] args) {
03         new ShoppingCart().Process(new Func<bool, int>(Calculator.Calculate));
04     }
05 }
06
07 class Calculator {
08     public static int Calculate(bool special) {
09         int discount = 0;
10         if (DateTime.Now.Hour < 12) {
11             discount = 5;
12         }
13         else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
14             discount = 10;
15         }
16         else if (special) {
17             discount = 20;
18         }
19         else {
20             discount = 15;
21         }
22         return discount;
23     }
24 }
25
26 class ShoppingCart {
27     public void Process(Func<bool,int> discount) {
28         int magicDiscount = discount(false);
29         int magicDiscount2 = discount(true);
30     }
31 }
 
    
　　好像还算不错，我们又省了一行代码，这样算结束了吗？当然没有，我们甚至能省掉类型判断。只要我们传递的方法有严格签名的委托，.NET允许我们完全忽略掉显式创建Func<bool,int>。
  
    
 
     
1 //因为Process期望的方法有一个bool型输入参数和返回一个int值，所以下面这句话是正确的
2 new ShoppingCart().Process(Calculator.Calculate);
 
    
　　至此，首先通过忽略自定义委托，我们省略了代码；然后排出了明确的创建Func委托。我们能继续压缩代码行吗？到此我们才完成此文的一半，答案显然是“能”。

 匿名方法

　　匿名方法能够让你声明一个方法体而不需要给它指定一个名字。在接下来的场景里，它们以一个“普通的”方法存在；但是在你的代码中没有任何方法显式调用它。匿名方法只能在使用委托的时候创建，事实上，它们通过delegate关键字创建。
  
    
 
     
1 class Program {
2     static void Main(string[] args)     {
3         new ShoppingCart().Process(
4             new Func<bool, int>(delegate(bool x) { return x ? 10 : 5; }
5         ));
6     }
7 }
 
    
　　正如你所见，我们完全删除了Calculator类的需求。你可以在打括号中添加任何其他方法中的逻辑。如果你在看它如何执行时有困难，那就把delegate(bool x)做为一个方法签名，而不是一个关键字。设想这段代码在一个类里，delegate(bool x){return 5;}是一个完整的合法方法声明(我们确实有一个返回值)，恰好delegate是一个保留字，在这里，它让这个方法匿名。
　　至此，我确信现在你知道这里我们甚至能压缩更多的代码。顺利成章的，我们能忽略显式声明Func委托的需要；.NET让我们使用delegate关键字更方便。
  
    
 
     
1 class Program {
2     static void Main(string[] args) {
3         new ShoppingCart().Process(
4           delegate(bool x) { return x ? 10 : 5; }
5         );
6     }
7 }
 
    
　　当把.NET方法做为委托参数时或处理时间时，就能看到匿名方法的真正用处。之前，你会为你所关注的所有可能行为创建了一个方法，现在你仅需以内联的方式创建它们，并可以避免污染你的命名空间。
  
    
 
     
1 // 创建一个匿名比对方法
2 custs.Sort(delegate(Customer c1, Customer c2) {
3     return Comparer<int>.Default.Compare(c1.ID, c2.ID);
4 });
5
6 //  创建一个匿名事件
7 button1.Click += delegate(object o, EventArgs e) { MessageBox.Show("Click!"); };
 
    
Lambda 表达式
　　MSDN中写道：“Lambda 表达式”是一个匿名函数，它可以包含表达式和语句，并且可用于创建委托或表达式树类型。你应当明白“用户创建委托”部分，但什么是“表达式”呢？老实说，表达式和表达式树不在此为讨论范围内。现在我们唯一需要明白的是，表达式是.NET程序运行时表示数据或对象的代码(C#代码)。引用Jon Skeet的话：“表达式树是一种表达逻辑，这样其他的代码可以查询的方法。当一个lambda表达式转换成一个表达式树，编译器不会发出了lambda表达式的白细胞介素，它会发出白细胞介素这将会建立一个表达式树表示相同的逻辑。”
　　我们需要关注的是Lambda表达式替换匿名方法，和其他的特性。回顾我们最后例子，我们已经在一行代码里压缩了处理整个折扣算法的逻辑。
  
    
 
     
1 class Program {
2     static void Main(string[] args) {
3         new ShoppingCart().Process(
4             delegate(bool x) { return x ? 10 : 5; }
5         );
6     }
7 }
 
    
　　你相信我们能让这个更短吗？Lambda表达式用'=>'运算符表明什么参数传递给表达式。编译器进一步处理，允许我们忽略类型并自动替我们推断这些类型。如果你有2个或更多个参数，你需要用圆括号:(x,y)=>。如果只有一个，你设置不需要这样：x=>。
  
    
 
     
1 static void Main(string[] args) {
2     Func<bool, int> del = x => x ? 10 : 5;
3     new ShoppingCart().Process(del);
4 }
5 // 更短啦...
6 static void Main(string[] args) {
7     new ShoppingCart().Process(x => x ? 10 : 5);
8 }
 
    
　　就是这样子。x被推断为bool型，并且有返回值，因为Process接收一个Func<bool,int>。如果我们想实现像之前那样的完整代码块，我们只需要加上大括号。
  
    
 
     
01 static void Main(string[] args) {
02     new ShoppingCart().Process(  x => {
03         int discount = 0;
04         if (DateTime.Now.Hour < 12) {
05             discount = 5;
06         }
07         else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
08             discount = 10;
09         }
10         else if(x)  {
11             discount = 20;
12         }
13         else {
14              discount = 15;
15         }
16         return discount;
17     });
18 }
 
    
写在最后
　　使用与不使用大括号有一个重要的不同。当你用时，你创建一个“语句Lambda”，反之，它是"表达Lambda"。语句Lambda能执行多条语句(因此需要大括号)，但不能创建表达树。你可能只在使用IQueryable接口是遇到这个问题。下面的例子说明这个问题。
  
    
 
     
01 List<string> list = new List<string>();
02 IQueryable<string> query = list.AsQueryable();
03 list.Add("one");
04 list.Add("two");
05 list.Add("three");
06
07 string foo = list.First(x => x.EndsWith("o"));
08 string bar = query.First(x => x.EndsWith("o"));
09 // foo and bar are now both 'two' as expected
10 foo = list.First(x => { return x.EndsWith("e"); }); //no error
11 bar = query.First(x => { return x.EndsWith("e"); }); //error
12 bar = query.First((Func<string,bool>)(x => { return x.EndsWith("e"); })); //no error
 
    
　　倒数第二行在编译时失败。这是因为IQueryable.First期望得到一个表达式作为参数，然而List<T>.First期望得到一个委托。你可以按照最后一行强制转换Lambda到一个委托(使用First的方法重载)。
　　这里很难结束讨论，但是我觉得必须停止。Lambda大体上分为两类：一类创建匿名方法和委托；另一类创建表达式。表达式自成一体，并不是.NET开发者的必备知识(无疑在LINQ中已有实现)。
 
备注：
　　此文为CodeProject上的同名文章<C# Delegates,Anonymous Methods, and Lambda Expressions>，个人觉得非常好，所以就翻一下给不想看英文的同学。由于能力有限，翻译的不好，望大家多多包涵。