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C#中的委托,匿名方法和Lambda表达式

作者: 倪大虾  来源: 博客园  发布时间: 2010-10-09 17:57  阅读: 1884 次  推荐: 0   原文链接   [收藏]  

  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。

class Customer
{
public int ID { get; set; }
public static bool Test(Customer x)
{
return x.ID == 5;
}
}
...
List
<Customer> custs = new List<Customer>();
custs.Add(
new Customer() { ID = 1 });
custs.Add(
new Customer() { ID = 5 });

custs.First(
new Func<Customer, bool>(delegate(Customer x) { return x.ID == 5; }));
custs.First(
new Func<Customer, bool>((Customer x) => x.ID == 5));
custs.First(
delegate(Customer x) { return x.ID == 5; });
custs.First((Customer x)
=> x.ID == 5);
custs.First(x
=> x.ID == 5);
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。

class Program {
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process();
}
}
class ShoppingCart {
public void Process() {
int magicDiscount = 5;
// ...
}
}

  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。

class ShoppingCart {
public void Process() {
int magicDiscount = 5;
if (DateTime.Now.Hour < 12) {
magicDiscount
= 10;
}
}
}

  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。

// 给方法Process传递一个整形值
Process( 5 );
// 给方法Process传递一个ArrayList的引用
Process( new ArrayList() );
// 给方法Process传递一个方法的引用
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。

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。

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。

delegate int DiscountDelegate();

class Program {
static void Main(string[] args) {
Calculator calc
= new Calculator();
DiscountDelegate discount
= null;
if (DateTime.Now.Hour < 12) {
discount
= new DiscountDelegate(calc.Morning);
}
else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
discount
= new DiscountDelegate(calc.Afternoon);
}
else {
discount
= new DiscountDelegate(calc.Night);
}
new ShoppingCart().Process(discount);
}
}
class Calculator {
public int Morning() {
return 5;
}
public int Afternoon() {
return 10;
}
public int Night() {
return 15;
}
}
class ShoppingCart {
public void Process(DiscountDelegate discount) {
int magicDiscount = discount();
// ...
}
}

  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。

delegate int DiscountDelegate();

class Program {
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process(new DiscountDelegate(Calculator.Calculate));
}
}
class Calculator {
public static int Calculate() {
int discount = 0;
if (DateTime.Now.Hour < 12) {
discount
= 5;
}
else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
discount
= 10;
}
else {
discount
= 15;
}
return discount;
}
}
class ShoppingCart {
public void Process(DiscountDelegate discount) {
int magicDiscount = discount();
// ...
}
}

  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。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。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()。 

class Program {
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process(new Func<bool, int>(Calculator.Calculate));
}
}

class Calculator {
public static int Calculate(bool special) {
int discount = 0;
if (DateTime.Now.Hour < 12) {
discount
= 5;
}
else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
discount
= 10;
}
else if (special) {
discount
= 20;
}
else {
discount
= 15;
}
return discount;
}
}

class ShoppingCart {
public void Process(Func<bool,int> discount) {
int magicDiscount = discount(false);
int magicDiscount2 = discount(true);
}
}

  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>。

//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
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。

class Program {
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process(
new Func<bool, int>(delegate(bool x) { return x ? 10 : 5; }
));
}
}

  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。

class Program {
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process(
delegate(bool x) { return x ? 10 : 5; }
);
}
}

  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。

// 创建一个匿名比对方法
custs.Sort(delegate(Customer c1, Customer c2) {
return Comparer<int>.Default.Compare(c1.ID, c2.ID);
});

// 创建一个匿名事件
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。

class Program {
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process(
delegate(bool x) { return x ? 10 : 5; }
);
}
}

  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=>。

static void Main(string[] args) {
Func
<bool, int> del = x => x ? 10 : 5;
new ShoppingCart().Process(del);
}
// 更短啦...
static void Main(string[] args) {
new ShoppingCart().Process(x => x ? 10 : 5);
}

  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。

static void Main(string[] args) {

new ShoppingCart().Process( x => {
int discount = 0;
if (DateTime.Now.Hour < 12) {
discount
= 5;
}
else if (DateTime.Now.Hour < 20) {
discount
= 10;
}
else if(x) {
discount
= 20;
}
else {
discount
= 15;
}
return discount;
});
}

  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。

List<string> list = new List<string>();
IQueryable
<string> query = list.AsQueryable();
list.Add(
"one");
list.Add(
"two");
list.Add(
"three");

string foo = list.First(x => x.EndsWith("o"));
string bar = query.First(x => x.EndsWith("o"));
// foo and bar are now both 'two' as expected
foo = list.First(x => { return x.EndsWith("e"); }); //no error
bar = query.First(x => { return x.EndsWith("e"); }); //error
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。

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