Delegate、Predicate、Action和Func

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本文详细介绍了C#中的委托概念，包括如何定义和使用委托、泛型委托Predicate、Action和Func的应用，以及逆变性和协变性的原理。通过示例代码展示了委托在实际项目中的灵活运用。

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写在前面

　　先说下什么是委托（Delegate），委托在C#中是一种类型，和Class是一个级别，但是我们经常把它看做是一个方法。为什么是方法？准确的说应该是回调函数，在C运行时的qsort函数获取指向一个回调函数的指针，以便对数组中的元素进行排序。C#中提供了一种机制，就是委托，一种回调函数的机制。

　　在我们做项目的过程中，委托用到的地方很多，像线程中修改窗体的状态、窗体控件事件和异步操作已完成等，以前我们创建委托的时候用delegate关键字，而且也比较麻烦，自从C#4.0有了泛型，也就有了泛型委托，使用Predicate、Action和Func我们可以更好的创建委托。

Delegate

　　我们以前定义一个委托可以这样：

delegate Boolean delgate1(int item);
        public void delgateCommon()
        {
            var d1 = new delgate1(delegateMethod1);
            if (d1(1))
            {

            }
        }
        static bool delegateMethod1(int item)
        {
            return false;
        }

　　通过上面简单的示例可以看到，先创建一个delgate1的委托类型，参数类型是int，返回值时bool，下面定义一个静态方法delegateMethod1，创建一个delgate1类型的实例，参数为delegateMethod1方法名，这个也成为订阅或是注册，为这个委托类型注册一个回调方法，下面就是调用了，我们在C#创建调用一个委托就是这么简单，其实是很复杂的，只不过这些工作是编译器帮我们做了。

　　需要注意的是上面定义的回调方法是静态（static），如果我们创建的不是静态方法，也是可以，只不过调用的时候需要实例访问。

　　静态方法都是通过关键字static来定义的，静态方法不需要实例这个对象就可以通过类名来访问这个对象。在静态方法中不能直接访问类中的非静态成员。而用实例方法则需要通过具体的实例对象来调用，并且可以访问实例对象中的任何成员。如果用委托绑定实例方法的话需要用实例对象来访问，所以我们在绑定实例方法到委托的时候必须同时让委托得到实例对象的信息，这样才能在委托被回调的时候成功执行这个实例方法。也就是说，当绑定实例方法给委托的时候，参数会被设置为这个参数所在类型的实例对象。如果给委托绑定的是静态方法，那么这个参数将被设置为NULL。

　　综上，委托既可以绑定静态方法也可以绑定实例方法，但是在绑定实例方法的时候，delegate的target属性就被设置为指向这个实例方法所属类型的一个实例对象。当绑定静态方法时，delegate的target属性就给NULL。

　　废话说的有点多，下面我们看下C#泛型委托，和结合一些匿名函数，lambda表达式的应用，其实就是一些特殊的委托。

Predicate

// 摘要:
    //     表示定义一组条件并确定指定对象是否符合这些条件的方法。
    //
    // 参数:
    //   obj:
    //     要按照由此委托表示的方法中定义的条件进行比较的对象。
    //
    // 类型参数:
    //   T:
    //     要比较的对象的类型。
    //
    // 返回结果:
    //     如果 obj 符合由此委托表示的方法中定义的条件，则为 true；否则为 false。
    public delegate bool Predicate<in T>(T obj);

可以看到Predicate的签名是一个泛型参数，返回值是bool。需要注意的是T前面的in表示什么意思？请点这里。代码可以这样写：

public void delgatePredicate()
        {
            var d1 = new Predicate<int>(delegateMethod2);
            if (d1(1))
            {

            }
        }
        static bool delegateMethod2(int item)
        {
            return false;
        }

可以看到使用Predicate创建委托简化了好多，我们可以自定义参数，但是只能有一个，而且返回值必须是bool类型，是不是感觉限制太多了？无返回值或是多个参数怎么办？请看下面。

Action

// 摘要:
    //     封装一个方法，该方法具有两个参数并且不返回值。
    //
    // 参数:
    //   arg1:
    //     此委托封装的方法的第一个参数。
    //
    //   arg2:
    //     此委托封装的方法的第二个参数。
    //
    // 类型参数:
    //   T1:
    //     此委托封装的方法的第一个参数类型。
    //
    //   T2:
    //     此委托封装的方法的第二个参数类型。
    [TypeForwardedFrom("System.Core, Version=3.5.0.0, Culture=Neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089")]
    public delegate void Action<in T1, in T2>(T1 arg1, T2 arg2);

上面是Action两个泛型参数的签名，最多支持十六个泛型参数，可以看到Action无返回值，创建代码如下：

public void delgateAction()
        {
            var d1 = new Action<int>(delegateMethod3);
            var d2 = new Action<int, string>(delegateMethod4);
            d1(1);
            d2(1, "");
        }
        static void delegateMethod3(int item)
        {
        }
        static void delegateMethod4(int item, string str)
        {
        }

如果我们想创建的委托类型是有多个参数，而且必须要有返回值，我们怎么办？请看下面。

Func

// 摘要:
    //     封装一个具有两个参数并返回 TResult 参数指定的类型值的方法。
    //
    // 参数:
    //   arg1:
    //     此委托封装的方法的第一个参数。
    //
    //   arg2:
    //     此委托封装的方法的第二个参数。
    //
    // 类型参数:
    //   T1:
    //     此委托封装的方法的第一个参数类型。
    //
    //   T2:
    //     此委托封装的方法的第二个参数类型。
    //
    //   TResult:
    //     此委托封装的方法的返回值类型。
    //
    // 返回结果:
    //     此委托封装的方法的返回值。
    [TypeForwardedFrom("System.Core, Version=3.5.0.0, Culture=Neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089")]
    public delegate TResult Func<in T1, in T2, out TResult>(T1 arg1, T2 arg2);

上面是Func两个参数，一个返回值的签名，和Action一样最多支持十六个返回值，唯一的区别是Func支持自定义返回值类型，也可以看到T1、T2前修饰符是in，TResult前的修饰符是out，这个下面有说明。创建调用代码：

public void delgateFunc()
        {
            string hiddenMethodString = "";
            var d1 = new Func<int, bool>(delegateMethod5);
            var d2 = new Func<int, string, string>(delegate(int item, string str)
                {
                    return hiddenMethodString;//匿名方法，好处：可读性更好，可以访问当前上下文
                });
            var d3 = new Func<string, string>((a) => {
                return a;//lambda表达式，a作为参数，自动判断类型，如果单条语句，省略{}
            });
            d1(1);
            d2(1, "");
            d3("");
        }
        static bool delegateMethod5(int item)
        {
            return true;
        }

上面的代码中我们使用和匿名方法和lambda表达式，可以看出其中的好处，省略创建方法的过程，代码更简洁，在Func中使用lambda表达式是很常见的，匿名方法有个好处就是可以访问上下文中的变量，比如hiddenMethodString，关于匿名方法和lambda表达式在这就不做解读了，其实就是一种语法规范，随着C#的发展，也不断在发展变化中。

　　完整示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace Predicate_Action_Func
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            delgateCommon();
        }

        #region 常规委托
        delegate Boolean delgate1(int item);
        public void delgateCommon()
        {
            var d1 = new delgate1(delegateMethod1);
            if (d1(1))
            {
                Console.WriteLine("111");
            }
        }
        bool delegateMethod1(int item)
        {
            return true;
        }
        #endregion

        #region Predicate委托-自定义参数（参数只能一个）
        public void delgatePredicate()
        {
            var d1 = new Predicate<int>(delegateMethod2);
            if (d1(1))
            {

            }
        }
        static bool delegateMethod2(int item)
        {
            return false;
        }
        #endregion

        #region Action委托-自定义参数（参数为多个，多类型，但无返回值）
        public void delgateAction()
        {
            var d1 = new Action<int>(delegateMethod3);
            var d2 = new Action<int, string>(delegateMethod4);
            d1(1);
            d2(1, "");
        }
        static void delegateMethod3(int item)
        {
        }
        static void delegateMethod4(int item, string str)
        {
        }
        #endregion

        #region Func委托-自定义参数（参数为多个，多类型，但有返回值）
        public void delgateFunc()
        {
            string hiddenMethodString = "";
            var d1 = new Func<int, bool>(delegateMethod5);
            var d2 = new Func<int, string, string>(delegate(int item, string str)
                {
                    return hiddenMethodString;//匿名方法，好处：可读性更好，可以访问当前上下文
                });
            var d3 = new Func<string, string>((a) => {
                return a;//lambda表达式，a作为参数，自动判断类型，如果单条语句，省略{}
            });
            d1(1);
            d2(1, "");
            d3("");
        }
        static bool delegateMethod5(int item)
        {
            return true;
        }
        #endregion
    }
}

逆变和协变

什么是逆变性、协变性？

　　我们这样创建和调用委托：

delegate object delgate1(FieldAccessException item);
        public void delgateCommon()
        {
            var d1 = new delgate1(delegateMethod1);
            Console.WriteLine(d1(new FieldAccessException()));
        }
        static string delegateMethod1(Exception item)
        {
            return "123";
        }

可以看出有些不同了，参数和返回类型不一致，delegateMethod1的参数类型（Exception）是委托的参数类型（FieldAccessException）的基类，delegateMethod1的返回类型（String）派生自委托的返回类型（Object），这种就是逆变和协变，编译和运行是可以的，也就是说是被允许的，逆变和协变只能用于引用类型，不用用于值类型或void。

　　逆变性：方法获取的参数可以是委托的参数类型的基类。

泛型类型参数可以从基类型更改为该类的派生类型
用in关键字标记逆变形式的类型参数
这个参数一般作输入参数，这个在Predicate、Action中有所体现

　　协变性：方法能返回从委托的返回类型派生的一个类型。

泛型类型参数可以从派生类型更改为它的基类型
用out关键字来标记协变形式的类型参数
这个参数一般作为返回值，这个在Func的TResult返回参数有所体现

　　可能有点晕，只要记住逆变是指参数，协变是指返回值；逆变是指基类到派生类，协变是指派生类到基类。

怎么用逆变，协变？

　　泛型委托Predicate、Action和Func都用到了逆变和协变，我们也可以不使用它们自定义一种泛型委托，如下：

delegate TResult MyDelegate<in T,out TResult>(T obj);
        public void delgateZidingyi()
        {
            var d1 = new MyDelegate<FieldAccessException, object>(delegateMethod6);
            d1(new FieldAccessException());
        }
        static string delegateMethod6(Exception item)
        {
            return "123";
        }

其实上面定义的委托类型MyDelegate，也不需要创建那么麻烦，使用Func就可以了，也从中看出泛型委托Predicate、Action和Func只是微软方便我们创建委托提供的一种方式，我们完全可以自定义，上面也说明了逆变和协变所起到的效果。

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