05-C#.Net-Lambda与LINQ-学习笔记

一、Lambda 表达式的演变

Lambda 表达式是委托的语法糖，本质上是匿名方法的简化写法，编译器最终会将其编译为委托实例。

.NET 1.0/1.1 — 命名方法委托

public delegate void NoReturnWithPara(int x, string y);

NoReturnWithPara method = new NoReturnWithPara(Study);
method.Invoke(123, "Richard");

private void Study(int id, string name)
{
    Console.WriteLine($"{id} {name} 学习.Net高级班");
}

缺点：方法必须单独定义，代码分散，不够内聚。

.NET 2.0 — 匿名方法

引入 delegate 关键字，方法体可以直接内联，并且能访问外部局部变量(闭包)：

int i = 0;
NoReturnWithPara method = new NoReturnWithPara(delegate (int x, string y)
{
    Console.WriteLine(x);
    Console.WriteLine(y);
    Console.WriteLine(i); // 可以访问外部变量
});

.NET 3.0 — Lambda 表达式

用 => 操作符(读作 "goes to")替代 delegate 关键字，语法更简洁：

// 完整形式
NoReturnWithPara method = (int x, string y) =>
{
    Console.WriteLine(x);
    Console.WriteLine(y);
};

// 省略参数类型(编译器自动推导)
NoReturnWithPara method = (x, y) =>
{
    Console.WriteLine(x);
};

Lambda 简化规则

规则从上到下依次叠加：

// 方法体只有一行，省略大括号
NoReturnWithPara method1 = (x, y) => Console.WriteLine(x);

// 只有一个参数，省略小括号
Action<string> method2 = s => Console.WriteLine(s);

// 有返回值且只有一行，省略 return
Func<string> func1 = () => "hello";
Func<int, string> func2 = i => i.ToString();

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二、匿名类型与 var

匿名类型的三种接收方式

// object：无法访问属性，编译报错
object model = new { Id = 1, Name = "张三" };
// model.Id  // 编译错误

// dynamic：运行时检查，可以访问，但没有编译期类型安全
dynamic dModel = new { Id = 1, Name = "张三" };
Console.WriteLine(dModel.Id); // 运行时才检查

// var：编译器推导类型，推荐用法
var model = new { Id = 1, Name = "张三" };
Console.WriteLine(model.Id); // 编译期就能检查

var 的特点

• 必须在声明时初始化，编译器根据右侧值推导类型
• 不能赋值为 null(无法推导类型)
• 不能作为方法参数或返回值类型
• 匿名类型的属性是只读的，不能修改

var i = 13;        // 推导为 int
var s = "Richard"; // 推导为 string
// var x = null;   // 编译错误

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三、扩展方法

扩展方法允许在不修改原类型源码的情况下为其添加新方法，是 LINQ 的实现基础，也是遵循开闭原则的常用手段。

三要素

1. 定义在静态类中
2. 方法本身是静态方法
3. 第一个参数前加 this 关键字，表示被扩展的类型

public static class MethodExtension
{
    // 为 Student 扩展方法
    public static void StudyFramework(this Student student)
    {
        Console.WriteLine($"{student.Id} {student.Name} 学习架构课程");
    }

    // 为 int 扩展方法
    public static string IntToString(this int i)
    {
        return i.ToString();
    }

    // 为 string 扩展方法，带默认参数
    public static string FormatString(this string oldString, int length = 5)
    {
        if (string.IsNullOrWhiteSpace(oldString))
            return string.Empty;
        else if (oldString.Length <= length)
            return oldString;
        else
            return $"{oldString.Substring(0, length)}...";
    }
}

调用时像实例方法一样使用：

Student student = new Student { Id = 1, Name = "张三" };
student.StudyFramework();

int num = 100;
string s = num.IntToString();

string text = "这是一段很长的文本内容";
string result = text.FormatString(10); // "这是一段很长的文..."(取前10个字符加省略号)

注意事项

• 可以扩展任何类型，包括密封类和值类型
• 如果类型本身有同名方法，优先调用类型自身的方法，扩展方法不会覆盖它
• 扩展泛型类型(如 this T t)会影响所有类型，侵入性强，慎用
• 扩展 object 会影响所有类型，不推荐
• 调用方需要引入扩展方法所在的命名空间

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四、LINQ 基础用法

LINQ 有两种等价语法，可以混用：

// 扩展方法语法(Lambda 风格)
var list1 = studentList.Where(s => s.Age < 30);

// 查询表达式语法(类 SQL 风格)
var list2 = from s in studentList
            where s.Age < 30
            select s;

Where — 条件过滤

var result = studentList.Where(s => s.Age < 30);

Select — 投影

将数据转换为新的形状，可以组合字段、计算属性：

var result = studentList
    .Where(s => s.Age < 30)
    .Select(s => new
    {
        IdName = s.Id + s.Name,
        ClassName = s.ClassId == 2 ? "高级班" : "其他班"
    });

OrderBy / ThenBy / OrderByDescending — 排序

var result = studentList
    .OrderBy(s => s.Id)              // 升序
    .ThenBy(s => s.Name)             // 多字段排序(第二优先级)
    .OrderByDescending(s => s.Age);  // 降序

Skip / Take — 分页

必须先排序再分页，否则结果不稳定：

var result = studentList
    .OrderBy(s => s.Id)
    .Skip(10)   // 跳过前 10 条
    .Take(5);   // 取 5 条

GroupBy — 分组

// 查询表达式
var result = from s in studentList
             where s.Age < 30
             group s by s.ClassId into sg
             select new
             {
                 Key = sg.Key,
                 MaxAge = sg.Max(t => t.Age)
             };

// 扩展方法等价写法
var result = studentList
    .Where(s => s.Age < 30)
    .GroupBy(s => s.ClassId)
    .Select(sg => new
    {
        Key = sg.Key,
        MaxAge = sg.Max(t => t.Age)
    });

GroupBy 也支持多字段分组：group s by new { s.ClassId, s.Age }

Join — 连接查询

内连接(只返回两边都匹配的数据)：

// 查询表达式，连接条件必须用 equals，不能用 ==
var result = from s in studentList
             join c in classList on s.ClassId equals c.Id
             select new { s.Name, c.ClassName };

// 扩展方法等价写法
var result = studentList.Join(
    classList,
    s => s.ClassId,
    c => c.Id,
    (s, c) => new { s.Name, c.ClassName }
);

左连接(左边全部保留，右边没有匹配时为 null)：

var result = from s in studentList
             join c in classList on s.ClassId equals c.Id
             into scList
             from sc in scList.DefaultIfEmpty()  // 关键：DefaultIfEmpty 保留左边无匹配的行
             select new
             {
                 s.Name,
                 ClassName = sc == null ? "无班级" : sc.ClassName
             };

右连接只需把左右两个数据源交换位置即可。

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五、LINQ 实现原理

从重复代码到 LINQ 的演变思路

假设要对集合做多种条件过滤，最原始的写法是每种条件写一个方法：

// 过滤年龄 < 30
public static List<Student> FilterByAge(List<Student> list)
{
    var result = new List<Student>();
    foreach (var item in list)
        if (item.Age < 30) result.Add(item);
    return result;
}

// 过滤名称长度 > 2
public static List<Student> FilterByName(List<Student> list)
{
    var result = new List<Student>();
    foreach (var item in list)
        if (item.Name.Length > 2) result.Add(item);
    return result;
}

这两个方法的结构完全一样，唯一不同的是判断条件。把"不变的逻辑"(循环、添加)留在方法里，把"可变的逻辑"(判断条件)通过委托传入，就得到了 LINQ 的雏形：

public static List<T> CustomWhere<T>(this List<T> source, Func<T, bool> predicate)
{
    var result = new List<T>();
    foreach (var item in source)
    {
        if (predicate.Invoke(item))
            result.Add(item);
    }
    return result;
}

// 使用
var result = studentList.CustomWhere(s => s.Age < 30);

这就是 LINQ 的设计本质：不变的逻辑封装在方法内，可变的逻辑通过委托传递，再用扩展方法提供链式调用，用泛型支持任意类型。

yield 与延迟执行

上面的 CustomWhere 返回 List<T>，意味着调用时就立即执行了所有判断，并把结果全部存入内存。

改用 yield return 配合 IEnumerable<T> 返回值，可以实现延迟执行：

public static IEnumerable<T> CustomWhereIEnumerable<T>(
    this IEnumerable<T> source,
    Func<T, bool> predicate)
{
    foreach (var item in source)
    {
        if (predicate.Invoke(item))
            yield return item; // 符合条件就立即返回，不符合继续往后判断
    }
}

yield return 的效果：

• 调用方法时不会立即执行方法体
• 只有在外部遍历(foreach)时，才会一条一条地执行
• 每次 yield return 后，方法暂停，等待下一次迭代再继续
• 这种机制叫做状态机，由编译器自动生成

IEnumerable<Student> query = studentList.CustomWhereIEnumerable(s => s.Age < 30);
// 此时方法体尚未执行

foreach (var item in query)
{
    Console.WriteLine(item.Name); // 遍历时才真正执行
}

延迟执行的实际影响

var query = numbers.Where(n => n > 2); // 未执行

numbers.Add(10); // 修改原始数据

foreach (var item in query) // 此时执行，会包含新加的 10
{
    Console.WriteLine(item);
}

立即执行的方法(调用后查询立刻完成，结果固化)：

• ToList(), ToArray(), ToDictionary()
• Count(), Sum(), Average(), Min(), Max()
• First(), FirstOrDefault(), Single(), Any()

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六、IEnumerable vs IQueryable

对比项	IEnumerable<T>	IQueryable<T>
命名空间	System.Collections.Generic	System.Linq
执行位置	内存(客户端)	数据源端(如数据库)
条件参数类型	Func<T, bool>	Expression<Func<T, bool>>
典型场景	LINQ to Objects	LINQ to SQL / EF
性能特点	先把数据全部加载到内存再过滤	把条件翻译成 SQL，在数据库端过滤

// IEnumerable：全表加载到内存，再在内存中过滤
IEnumerable<Student> q1 = dbContext.Students
    .AsEnumerable()
    .Where(s => s.Age > 20);

// IQueryable：生成 SQL "WHERE Age > 20"，数据库端过滤
IQueryable<Student> q2 = dbContext.Students
    .Where(s => s.Age > 20);

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七、LINQ to Everything

LINQ 的设计思想不局限于内存集合，可以扩展到任何数据源：

• LINQ to Objects：查询内存中的对象集合(IEnumerable<T>)
• LINQ to SQL：查询数据库，条件被翻译为 SQL 语句
• LINQ to XML：查询和操作 XML 文档
• LINQ to Entities：Entity Framework 的查询接口
• LINQ to Redis / Cache：查询缓存数据源

核心思想都一样：把固定的处理逻辑封装在内部，把可变的查询条件通过委托(或表达式树)传入，整合成统一的查询接口。