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c# 语言特性与LINQ详解

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小树 · 11月13日 · 2019年 · ·

引言

千万别被这个页面的滚动条吓到!!!我相信你一定能在30分钟之内看完它!!!

LINQ是.Net 3.5后引入的模块集合,包含继承查询,集合以及转换操作,包括LINQ to Objects/DataSet/SQL/Entities

在说LINQ之前必须先说说几个重要的C#语言特性

一:c#语言特性

这些语言特性都与LINQ息息相关,所以先了解完语言特性再讲LINQ语法

1.隐式类型

(1)源起

  在隐式类型出现之前,

  我们在声明一个变量的时候,

  总是要为一个变量指定他的类型

  甚至在foreach一个集合的时候,

  也要为遍历的集合的元素,指定变量的类型

  隐式类型的出现,

  程序员就不用再做这个工作了。

(2)使用方法

   来看下面的代码:

  var a = 1; //int a = 1;
  var b = "123";//string b = "123"; 
  var myObj = new MyObj();//MyObj myObj = new MyObj()

  上面的每行代码,与每行代码后面的注释,起到的作用是完全一样的

  也就是说,在声明一个变量(并且同时给它赋值)的时候,完全不用指定变量的类型,只要一个var就解决问题了

(3)你担心这样写会降低性能吗?

  我可以负责任的告诉你,这样写不会影响性能!

  上面的代码和注释里的代码,编译后产生的IL代码(中间语言代码)是完全一样的

  (编译器根据变量的值,推导出变量的类型,才产生的IL代码)  

(4)这个关键字的好处:

  你不用在声明一个变量并给这个变量赋值的时候,写两次变量类型

  (这一点真的为开发者节省了很多时间)

  在foreach一个集合的时候,可以使用var关键字来代替书写循环变量的类型

(5)注意事项

  你不能用var关键字声明一个变量而不给它赋值

  因为编译器无法推导出你这个变量是什么类型的。

2.匿名类型

    (1)源起

  创建一个对象,一定要先定义这个对象的类型吗?

  不一定的!

  来看看这段代码

(2)使用 

         var obj = new {Guid.Empty, myTitle = "匿名类型", myOtherParam = new int[] { 1, 2, 3, 4 } };
         Console.WriteLine(obj.Empty);//另一个对象的属性名字,被原封不动的拷贝到匿名对象中来了。
         Console.WriteLine(obj.myTitle);
         Console.ReadKey();

  new关键字之后就直接为对象定义了属性,并且为这些属性赋值

  而且,对象创建出来之后,在创建对象的方法中,还可以畅通无阻的访问对象的属性

  当把一个对象的属性拷贝到匿名对象中时,可以不用显示的指定属性的名字,这时原始属性的名字会被“拷贝”到匿名对象中

(3)注意

  如果你监视变量obj,你会发现,obj的类型是Anonymous Type类型的

  不要试图在创建匿名对象的方法外面去访问对象的属性!

(4)优点

  这个特性在网站开发中,序列化和反序列化JSON对象时很有用

3.自动属性


(1)源起

  为一个类型定义属性,我们一般都写如下的代码:

    public class MyObj2
    {
        private Guid _id;
        private string _Title;
        public Guid id 
        {
            get { return _id; }
            set { _id = value; } 
        }
        public string Title
        {
            get { return _Title; }
            set { _Title = value; }
        }
    }

  但很多时候,这些私有变量对我们一点用处也没有,比如对象关系映射中的实体类。

  自C#3.0引入了自动实现的属性,

  以上代码可以写成如下形式:

(2)使用

    public class MyObj
    {
        public Guid id { get; set; }
        public string Title { get; set; }
    }

  这个特性也和var关键字一样,是编译器帮我们做了工作,不会影响性能的

4.初始化器


(1)源起

  我们创建一个对象并给对象的属性赋值,代码一般写成下面的样子

            var myObj = new MyObj();
            myObj.id = Guid.NewGuid();
            myObj.Title = "allen";

  自C#3.0引入了对象初始化器,

  代码可以写成如下的样子

(2)使用

  var myObj1 = new MyObj() { id = Guid.NewGuid(), Title = "allen" };

  如果一个对象是有参数的构造函数

  那么代码看起来就像这样

  var myObj1 = new MyObj ("allen") { id = Guid.NewGuid(), Title = "allen" };

  集合初始化器的样例代码如下:

  var arr = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };

(3)优点

  我个人认为:这个特性不是那么amazing,

  这跟我的编码习惯有关,集合初始化器也就罢了,

  真的不习惯用对象初始化器初始化一个对象!

5.委托


(1)使用

  我们先来看一个简单的委托代码

    delegate Boolean moreOrlessDelgate(int item);
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var arr = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6,7,8 };
            var d1 = new moreOrlessDelgate(More);            
            Print(arr, d1);
            Console.WriteLine("OK");

            var d2 = new moreOrlessDelgate(Less);
            Print(arr, d2);
            Console.WriteLine("OK");
            Console.ReadKey();

        }
        static void Print(List<int> arr,moreOrlessDelgate dl)
        {
            foreach (var item in arr)
            {
                if (dl(item))
                {
                    Console.WriteLine(item);
                }
            }
        }
        static bool More(int item)
        {
            if (item > 3)
            { 
                return true; 
            }
            return false;
        }
        static bool Less(int item)
        {
            if (item < 3)
            {
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

  这段代码中

<1>首先定义了一个委托类型

delegate Boolean moreOrlessDelgate(int item);

你看到了,委托和类是一个级别的,确实是这样:委托是一种类型

和class标志的类型不一样,这种类型代表某一类方法。

这一句代码的意思是:moreOrlessDelgate这个类型代表返回值为布尔类型,输入参数为整形的方法

<2>有类型就会有类型的实例  

var d1 = new moreOrlessDelgate(More);     
var d2 = new moreOrlessDelgate(Less);

这两句就是创建moreOrlessDelgate类型实例的代码,

它们的输入参数是两个方法

<3>有了类型的实例,就会有操作实例的代码   

Print(arr, d1);
Print(arr, d2);

我们把前面两个实例传递给了Print方法

这个方法的第二个参数就是moreOrlessDelgate类型的

在Print方法内用如下代码,调用委托类型实例所指向的方法

dl(item)

6.泛型


(1)为什么要有泛型

  假设你是一个方法的设计者,

  这个方法有一个传入参数,有一个返回值。

  但你并不知道这个参数和返回值是什么类型的,

  如果没有泛型,你可能把参数和返回值的类型都设定为Object了

  那时,你心里肯定在想:反正一切都是对象,一切的基类都是Object

  没错!你是对的!

  这个方法的消费者,会把他的对象传进来(有可能会做一次装箱操作)

  并且得到一个Object的返回值,他再把这个返回值强制类型转化为他需要的类型

  除了装箱和类型转化时的性能损耗外,代码工作的很好!

  那么这些性能损耗能避免掉吗?

  有泛型之后就可以了!

(2)使用

<1>使用简单的泛型

先来看下面的代码:

              var intList = new List<int>() { 1,2,3};
              intList.Add(4);
              intList.Insert(0, 5);
              foreach (var item in intList)
              {
                  Console.WriteLine(item);
              }
              Console.ReadKey();

在上面这段代码中我们声明了一个存储int类型的List容器

并循环打印出了容器里的值

注意:如果这里使用Hashtable、Queue或者Stack等非泛型的容器

就会导致装箱操作,损耗性能。因为这些容器只能存储Object类型的数据

<2>泛型类型

List<T>、Dictionary<TKey, TValue>等泛型类型都是.net类库定义好并提供给我们使用的

但在实际开发中,我们也经常需要定义自己的泛型类型

来看下面的代码:

      public static class SomethingFactory<T>
      {
          public static T InitInstance(T inObj)
          {
              if (false)//你的判断条件
              {
                  //do what you want...
                  return inObj;
              }
              return default(T);
          }
      }

这段代码的消费者如下:

              var a1 = SomethingFactory<int>.InitInstance(12);
              Console.WriteLine(a1);
              Console.ReadKey();

输出的结果为0

这就是一个自定义的静态泛型类型,

此类型中的静态方法InitInstance对传入的参数做了一个判断

如果条件成立,则对传入参数进行操作之后并把它返回

如果条件不成立,则返回一个空值

注意:

  [1]

传入参数必须为指定的类型,

因为我们在使用这个泛型类型的时候,已经规定好它能接收什么类型的参数

但在设计这个泛型的时候,我们并不知道使用者将传递什么类型的参数进来

  [2]

如果你想返回T类型的空值,那么请用default(T)这种形式

因为你不知道T是值类型还是引用类型,所以别擅自用null

<3>泛型约束

很多时候我们不希望使用者太过自由

我们希望他们在使用我们设计的泛型类型时

不要很随意的传入任何类型

对于泛型类型的设计者来说,要求使用者传入指定的类型是很有必要的

因为我们只有知道他传入了什么东西,才方便对这个东西做操作

让我们来给上面设计的泛型类型加一个泛型约束

代码如下:

  public static class SomethingFactory<T> where T:MyObj

这样在使用SomethingFactory的时候就只能传入MyObj类型或MyObj的派生类型啦

注意:

  还可以写成这样

  where T:MyObj,new()

  来约束传入的类型必须有一个构造函数。

(3)泛型的好处

<1>算法的重用

想想看:list类型的排序算法,对所有类型的list集合都是有用的

<2>类型安全

<3>提升性能

没有类型转化了,一方面保证类型安全,另一方面保证性能提升

<4>可读性更好

这一点就不解释了 

7.泛型委托


(1)源起

  委托需要定义delgate类型

  使用起来颇多不便

  而且委托本就代表某一类方法

  开发人员经常使用的委托基本可以归为三类,

  哪三类呢?

  请看下面:

(2)使用

<1>Predicate泛型委托

把上面例子中d1和d2赋值的两行代码改为如下:

  //var d1 = new moreOrlessDelgate(More);
  var d1 = new Predicate<int>(More);
  //var d2 = new moreOrlessDelgate(Less);
  var d2 = new Predicate<int>(Less);

把Print方法的方法签名改为如下:

 //static void Print(List<int> arr, moreOrlessDelgate<int> dl)
 static void Print(List<int> arr, Predicate<int> dl)

然后再运行方法,控制台输出的结果和原来的结果是一模一样的。

那么Predicate到底是什么呢?

来看看他的定义:

      // 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);

看到这个定义,我们大致明白了。

.net为我们定义了一个委托,

这个委托表示的方法需要传入一个T类型的参数,并且需要返回一个bool类型的返回值

有了它,我们就不用再定义moreOrlessDelgate委托了,

而且,我们定义的moreOrlessDelgate只能搞int类型的参数,

Predicate却不一样,它可以搞任意类型的参数

但它规定的还是太死了,它必须有一个返回值,而且必须是布尔类型的,同时,它必须有一个输入参数

除了Predicate泛型委托,.net还为我们定义了Action和Func两个泛型委托

<2>Action泛型委托

Action泛型委托限制的就不那么死了,

他代表了一类方法:

可以有0个到16个输入参数,

输入参数的类型是不确定的,

但不能有返回值,

来看个例子:  

  var d3 = new Action(noParamNoReturnAction);
  var d4 = new Action<int, string>(twoParamNoReturnAction);

 注意:尖括号中int和string为方法的输入参数

        static void noParamNoReturnAction()
        {
            //do what you want
        }
        static void twoParamNoReturnAction(int a, string b)
        {
            //do what you want
        }

 <3>Func泛型委托

为了弥补Action泛型委托,不能返回值的不足

.net提供了Func泛型委托,

相同的是它也是最多0到16个输入参数,参数类型由使用者确定

不同的是它规定要有一个返回值,返回值的类型也由使用者确定

如下示例:  

  var d5 = new Func<int, string>(oneParamOneReturnFunc);

注意:string类型(最后一个泛型类型)是方法的返回值类型

        static string oneParamOneReturnFunc(int a)
        {
            //do what you want
            return string.Empty;
        }

8.匿名方法


(1)源起

  在上面的例子中

  为了得到序列中较大的值

  我们定义了一个More方法  

  var d1 = new Predicate<int>(More);

  然而这个方法,没有太多逻辑(实际编程过程中,如果逻辑较多,确实应该独立一个方法出来)

  那么能不能把More方法中的逻辑,直接写出来呢?

  C#2.0之后就可以了,

  请看下面的代码:

(2)使用  

            var arr = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };
            //var d1 = new moreOrlessDelgate(More);
            //var d1 = new Predicate<int>(More);
            var d1 = new Predicate<int>(delegate(int item)
            {
                //可以访问当前上下文中的变量
                Console.WriteLine(arr.Count); 
                if (item > 3)                  
                {
                    return true;
                }
                return false;
            });
            Print(arr, d1);
            Console.WriteLine("OK"); 

  我们传递了一个代码块给Predicate的构造函数

  其实这个代码块就是More函数的逻辑

(3)好处

<1>代码可读性更好

<2>可以访问当前上下文中的变量

这个用处非常大,

如果我们仍旧用原来的More函数

想要访问arr变量,势必要把arr写成类级别的私有变量了

用匿名函数的话,就不用这么做了。

9.Lambda表达式


(1)源起

  .net的设计者发现在使用匿名方法时,

  仍旧有一些多余的字母或单词的编码工作

  比如delegate关键字

  于是进一步简化了匿名方法的写法

(2)使用  

            List<int> arr = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
            arr.ForEach(new Action<int>(delegate(int a) { Console.WriteLine(a); }));
            arr.ForEach(new Action<int>(a => Console.WriteLine(a)));

   匿名方法的代码如下:

  delegate(int a) { Console.WriteLine(a); }

  使用lambda表达式的代码如下:

  a => Console.WriteLine(a)

  这里解释一下这个lambda表达式

<1>

a是输入参数,编译器可以自动推断出它是什么类型的,

如果没有输入参数,可以写成这样:

() => Console.WriteLine("ddd")

<2>

=>是lambda操作符

<3>

Console.WriteLine(a)是要执行的语句。

如果是多条语句的话,可以用{}包起来。

如果需要返回值的话,可以直接写return语句

10.扩展方法


(1)源起

  如果想给一个类型增加行为,一定要通过继承的方式实现吗?

  不一定的!

(2)使用

  来看看这段代码:

          public static void PrintString(this String val)
          {
              Console.WriteLine(val);
          }

  消费这段代码的代码如下:

            var a = "aaa";
            a.PrintString();
            Console.ReadKey();

  我想你看到扩展方法的威力了。

  本来string类型没有PrintString方法

  但通过我们上面的代码,就给string类型"扩展"了一个PrintString方法

  (1)先决条件

<1>扩展方法必须在一个非嵌套、非泛型的静态类中定义

<2>扩展方法必须是一个静态方法

<3>扩展方法至少要有一个参数

<4>第一个参数必须附加this关键字作为前缀

<5>第一个参数不能有其他修饰符(比如ref或者out)

<6>第一个参数不能是指针类型

  (2)注意事项

<1>跟前面提到的几个特性一样,扩展方法只会增加编译器的工作,不会影响性能(用继承的方式为一个类型增加特性反而会影响性能)

<2>如果原来的类中有一个方法,跟你的扩展方法一样(至少用起来是一样),那么你的扩展方法奖不会被调用,编译器也不会提示你

<3>扩展方法太强大了,会影响架构、模式、可读性等等等等....

11.迭代器


  ·  (1)使用

  我们每次针对集合类型编写foreach代码块,都是在使用迭代器

  这些集合类型都实现了IEnumerable接口

  都有一个GetEnumerator方法

  但对于数组类型就不是这样

  编译器把针对数组类型的foreach代码块

  替换成了for代码块。

  来看看List的类型签名:

  public class List<T> : IList<T>, ICollection<T>, IEnumerable<T>, IList, ICollection, IEnumerable

  IEnumerable接口,只定义了一个方法就是:

  IEnumerator<T> GetEnumerator();

(2)迭代器的优点:

  假设我们需要遍历一个庞大的集合

  只要集合中的某一个元素满足条件

  就完成了任务

  你认为需要把这个庞大的集合全部加载到内存中来吗?

  当然不用(C#3.0之后就不用了)!

  来看看这段代码:  

        static IEnumerable<int> GetIterator()
        {
            Console.WriteLine("迭代器返回了1");
            yield return 1;
            Console.WriteLine("迭代器返回了2");
            yield return 2;
            Console.WriteLine("迭代器返回了3");
            yield return 3;
        }

  消费这个函数的代码如下:  

            foreach (var i in GetIterator())
            {
                if (i == 2)
                {
                    break;
                }
                Console.WriteLine(i);
            }
            Console.ReadKey();

  输出结果为:  

  迭代器返回了1
  1
  迭代器返回了2

  大家可以看到:

  当迭代器返回2之后,foreach就退出了

  并没有输出“迭代器返回了3”

  也就是说下面的工作没有做。

(3)yield 关键字

  MSDN中的解释如下:

  在迭代器块中用于向枚举数对象提供值或发出迭代结束信号。

  也就是说,我们可以在生成迭代器的时候,来确定什么时候终结迭代逻辑

  上面的代码可以改成如下形式:  

          static IEnumerable<int> GetIterator()
          {
              Console.WriteLine("迭代器返回了1");
              yield return 1;
              Console.WriteLine("迭代器返回了2");
              yield break;
              Console.WriteLine("迭代器返回了3");
              yield return 3;
          }

 (4)注意事项

<1>做foreach循环时多考虑线程安全性  

在foreach时不要试图对被遍历的集合进行remove和add等操作

任何集合,即使被标记为线程安全的,在foreach的时候,增加项和移除项的操作都会导致异常

(我在这里犯过错)

<2>IEnumerable接口是LINQ特性的核心接口

只有实现了IEnumerable接口的集合

才能执行相关的LINQ操作,比如select,where等

这些操作,我们接下来会讲到。

二:LINQ

1.查询操作符


(1)源起

  .net的设计者在类库中定义了一系列的扩展方法

  来方便用户操作集合对象

  这些扩展方法构成了LINQ的查询操作符

(2)使用

  这一系列的扩展方法,比如:

  Where,Max,Select,Sum,Any,Average,All,Concat等

  都是针对IEnumerable的对象进行扩展的

  也就是说,只要实现了IEnumerable接口,就可以使用这些扩展方法

  来看看这段代码:  

            List<int> arr = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
            var result = arr.Where(a => { return a > 3; }).Sum();
            Console.WriteLine(result);
            Console.ReadKey();

  这段代码中,用到了两个扩展方法。

<1>

Where扩展方法,需要传入一个Func<int,bool>类型的泛型委托

这个泛型委托,需要一个int类型的输入参数和一个布尔类型的返回值

我们直接把a => { return a > 3; }这个lambda表达式传递给了Where方法

a就是int类型的输入参数,返回a是否大于3的结果。

<2>

Sum扩展方法计算了Where扩展方法返回的集合的和。

(3)好处

  上面的代码中

  arr.Where(a => { return a > 3; }).Sum();

  这一句完全可以写成如下代码:

  (from v in arr where v > 3 select v).Sum();

  而且两句代码的执行细节是完全一样的

  大家可以看到,第二句代码更符合语义,更容易读懂

  第二句代码中的where,就是我们要说的查询操作符。

(4)标准查询操作符说明

<1>过滤

Where

用法:arr.Where(a => { return a > 3; })

说明:找到集合中满足指定条件的元素

OfType

用法:arr.OfType<int>()

说明:根据指定类型,筛选集合中的元素

<2>投影

Select

用法:arr.Select<int, string>(a => a.ToString());

说明:将集合中的每个元素投影的新集合中。上例中:新集合是一个IEnumerable<String>的集合

SelectMany

用法:arr.SelectMany<int, string>(a => { return new List<string>() { "a", a.ToString() }; });

说明:将序列的每个元素投影到一个序列中,最终把所有的序列合并

<3>还有很多查询操作符,请翻MSDN,以后有时间我将另起一篇文章把这些操作符写全。  

2.查询表达式


(1)源起

  上面我们已经提到,使用查询操作符表示的扩展方法来操作集合;

  虽然已经很方便了,但在可读性和代码的语义来考虑,仍有不足;

  于是就产生了查询表达式的写法。

  虽然这很像SQL语句,但他们却有着本质的不同。

(2)用法

  from v in arr where v > 3 select v

  这就是一个非常简单的查询表达式

(3)说明:

  先看一段伪代码:  

  from [type] id in source
  

[join [type]

id in source on expr equals expr [into subGroup]]   

[from [type]

id in source | let id = expr | where condition]   

[orderby ordering,ordering,ordering...]

  select expr | group expr by key   

[into id query]

<1>第一行的解释:

type是可选的,

id是集合中的一项,

source是一个集合,

如果集合中的类型与type指定的类型不同则导致强制类型转化

<2>第二行的解释:

一个查询表达式中可以有0个或多个join子句,

这里的source可以是一个全新的集合,可以不等于第一句中的source

expr可以是一个表达式

[into subGroup] subGroup是一个中间变量,

它继承自IGrouping,代表一个分组,也就是说“一对多”里的“多”

可以通过这个变量得到这一组包含的对象个数,以及这一组对象的键

比如:

from c in db.Customers
        join o in db.Orders on c.CustomerID
        equals o.CustomerID into orders
        select new
        {
            c.ContactName,
            OrderCount = orders.Count()
        };

<3>第三行的解释: 

一个查询表达式中可以有1个或多个from子句

一个查询表达式中可以有0个或多个let子句,let子句可以创建一个临时变量

比如:

        from u in users
         let number = Int32.Parse(u.Username.Substring(u.Username.Length - 1))
         where u.ID < 9 && number % 2 == 0
         select u

一个查询表达式中可以有0个或多个where子句,where子句可以指定查询条件

<4>第四行的解释:

一个查询表达式可以有0个或多个排序方式

每个排序方式以逗号分割

<5>第五行的解释:

一个查询表达式必须以select或者group by结束

select后跟要检索的内容

group by 是对检索的内容进行分组

比如:

        from p in db.Products  
        group p by p.CategoryID into g  
        select new {  g.Key, NumProducts = g.Count()}; 

<6>第六行的解释:

最后一个into子句起到的作用是

将前面语句的结果作为后面语句操作的数据源

比如:

        from p in db.Employees
         select new
         {
             LastName = p.LastName,
             TitleOfCourtesy = p.TitleOfCourtesy
         } into EmployeesList
         orderby EmployeesList.TitleOfCourtesy ascending
         select EmployeesList;

三:参考资料

  《LINQ实战》

  《深入理解C#》第二版1

  《CLR VIA C#》第三版

  《C# 高级编程》第四版

注:此为转载,原文章已不清晰所以没备注,因为网上非常多这篇文章,而且都没用写转载来源。

转载必须注明来源: 小树技术博客 » c# 语言特性与LINQ详解

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