C# Lambda 表达式 详解

总目次

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前言

在C#编程中，Lambda表达式是一种简洁而强大的语法特性，它提供了一种更加灵活和直观的方式来编写匿名函数。无论是在LINQ查询、事件处理还是异步编程中，Lambda表达式都扮演偏重要脚色。本文将详细介绍Lambda，帮助您更好地明白和把握这一重要的C#特性。

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一、Lambda 表达式 是什么？

1. 界说

Lambda表达式是C# 3.0引入的一个新特性，它是匿名方法的简化情势，允许开辟者以更简洁的方式界说函数。Lambda表达式可以用于任何必要委托的地方，而且可以在运行时动态创建函数对象。它的主要优点包罗代码简洁、易于阅读和维护。
2. 根本语法

Lambda表达式的语法非常简朴，由参数列表、=>符号和表达式或语句块组成。其根本情势如下：

1. (parameters) => expression

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或

1. (parameters) => { statements }

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• 参数列表：可以包含零个或多个参数，用逗号分隔。
  
• =>符号：称为“goes to”操纵符，表示从参数到表达式或语句块的映射。
  
• 表达式或语句块：可以是一个简朴的表达式或一个包含多条语句的代码块。
  

二、怎样使用 Lambda 表达式？

根据是否包含语句块，Lambda表达式可以分为两种范例：表达式Lambda 和 语句Lambda。
1. 使用 表达式Lambda

表达式Lambda是最简朴的情势，仅包含一个表达式，表达式Lambda 侧重于表达式的返回值。其语法如下：

1. (parameters) => expression
2. //如： x => x * 4

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1）演化过程

1. public int Square(int num)
2. {
3.      return num * num;
4. }

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上面界说一个简朴的计算方法，现在我们必要以 Lambda 表达式表现出来，该怎样表现呢？

1. Func<int, int> func = x => x * x;

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上述两个示例代码是等效的， x => x * x; 本质上等同于将一个有返回值的方法赋予了Func委托；
2）示例

1. // 定义一个委托类型
2. Func<int, int> square = x => x * x;
4. // 调用委托
5. Console.WriteLine(square(5)); // 输出: 25

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在这个例子中，我们界说了一个名为 square 的委托，它继承一个整数参数并返回该整数的平方值。通过Lambda表达式，我们可以非常简洁地实现这一功能。
2. 语句Lambda

语句Lambda允许包含多条语句，适用于必要执行复杂逻辑的情况。其语法如下：

1. (parameters) => { statements }

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语句Lambda侧重语句块中执行内容，具体示例如下：

1. // 定义一个委托类型
2. Action<int> printAndSquare = x =>
3. {
4.     Console.WriteLine($"Input: {x}");
5.     Console.WriteLine($"Square: {x * x}");
6. };
8. // 调用委托
9. printAndSquare(5); // 输出: Input: 5 Square: 25

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在这个例子中，我们界说了一个名为 printAndSquare 的委托，它继承一个整数参数并打印输入值及其平方值。通过语句Lambda，我们可以轻松实现这一复杂的逻辑。

1. Func<int, int> factorial = n =>
2. {
3.     if (n == 0)
4.         return 1;
5.     else
6.         return n * factorial(n - 1);
7. };

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3. Lambda 表达式的各种使用方式

1）无参数 与 空括号

将 lambda 表达式的输入参数括在括号中。 使用空括号指定零个输入参数。假如是没有参数，必须有这个空括号

1. Action line = () => Console.WriteLine();

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2）方法体只有一行代码

假如方法体中只有一行代码，可以省略方法体大括号

1. Action line1 = () => { Console.WriteLine("test"); };
3. //省略方法体大括号
4. Action line2 = () => Console.WriteLine("test");

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3）范例推断

C# 编译器会根据上下文自动推断参数范例，无需显式声明：
   Lambda表达式的范例是由编译器根据上下文推断出来的，通常对应于某个委托范例（如 Func<T, TResult> 或 Action<T>）。假如Lambda表达式没有返回值，则其范例为 Action；假如有返回值，则其范例为 Func。

1. Func<int, int, int> func3 = (int num1, int num2) => num1 * num2;
3. //类型推断 允许我们省略 数据类型的显示声明
4. Func<int, int, int> func4 = (num1, num2) => num1 * num2;

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4）无法范例推断时

一般情况下，编译器可自行推断输入参数的范例，但存在编译器无法推断的情况，则需自行指定

1. Func<int, string, bool> isTooLong = (int x, string s) => s.Length > x;

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5）省略return

假如方法体中只有一行代码，且有返回值，可以省略return

• 当方法体中只有一行代码，但并没有返回值的时候，此时的Lambda表达式 是 【语句 Lambda】
  
• 当方法体中只有一行代码，且有返回值的时候，此时的Lambda表达式 是 【表达式 Lambda】
  

1. // 语句 Lambda ，侧重于执行内容
2. Action action = () => Console.WriteLine("ss");
4. // 表达式 Lambda，侧重于返回值
5. // 特征：一行代码 + 有返回值
6. Func<int, int> func1 = x => x * x * x;
7. Func<int, string> func2 = x => x.ToString();      

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6）一个参数

假如只有一个输入参数，则括号无关紧要

1. Func<int, int> func = (x) => x * x * x;
3. //省略括号
4. Func<double, double> cube = x => x * x * x;

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7） 2个参数以上

两个或更多输入参数使用逗号加以分隔

1. Func<int, int, bool> testForEquality = (x, y) => x == y;
3. Func<int, int, int> add = (x, y) => x + y;

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8）多行代码 + 显示 return

当方法体中具有多行代码，则 该Lambda表达式 是【语句Lambda】，假如必要返回数据，则必要显示使用return。

1. Func<int, int, int> func3 = (num1, num2) =>
2. {
3.     Console.WriteLine("计算：");
4.     return num1* num2;
5. };                                                

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三、Lambda 表达式的常见应用场景

1. 应用场景

Lambda表达式广泛应用于各种场景，以下是几个常见的应用场景：

• LINQ查询：在LINQ查询中，Lambda表达式常用于指定过滤条件、投影、排序等操纵。
  
• 事件处理：可以用Lambda表达式来简化事件处理步伐的编写。
  
• 异步编程：在异步编程中，Lambda表达式可用于界说异步任务的执行逻辑。
  
• 委托与回调：Lambda表达式可以作为委托的实现，用于回调函数或其他必要传递函数指针的场所。
  

2. 应用场景示例

1）Lambda与委托

• 内置委托范例 ：Lambda表达式可隐式转换为Func或Action委托：
  1. // Func委托（带返回值）  
  2. Func<int, int, int> add = (a, b) => a + b;  
  4. // Action委托（无返回值）  
  5. Action<string> log = msg => Console.WriteLine(msg);  

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        Lambda 表达式可以转换的委托范例由其参数和返回值的范例界说。 假如 Lambda 表达式不返回值，则可以将其转换为 Action 委托范例之一；否则，可将其转换为 Func 委托范例之一。
  
• 自界说委托 ：Lambda可直接赋值给自界说委托范例：
  1. delegate int Operation(int a, int b);
  2. Operation add = (x, y) => x + y;
  3. Console.WriteLine(add(3, 4)); // 输出 7

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2）Lambda 在LINQ中的应用

Lambda是LINQ查询的基石，是编写查询条件的标准方式，用于界说筛选、排序和转换逻辑：

1. var numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };  
2. // 筛选大于3的元素  
3. var filtered = numbers.Where(n => n > 3);  // 筛选 >3 的数
4. // 转换为平方值  
5. var squares = numbers.Select(n => n * n);  // 转换为平方值

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2. public class Program
3. {
4.     public static void Main()
5.     {
6.         var numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
8.         // 筛选
9.         var evenNumbers = numbers.Where(x => x % 2 == 0);
10.         Console.WriteLine("Even numbers: " + string.Join(", ", evenNumbers));
12.         // 排序
13.         var sortedNumbers = numbers.OrderBy(x => x);
14.         Console.WriteLine("Sorted numbers: " + string.Join(", ", sortedNumbers));
16.         // 投影
17.         var squaredNumbers = numbers.Select(x => x * x);
18.         Console.WriteLine("Squared numbers: " + string.Join(", ", squaredNumbers));
19.     }
20. }

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• 表达式树：Lambda还可生成表达式树，供LINQ to SQL等框架剖析为SQL语句。
  

3） Lambda 在事件处理中的应用

Lambda 可简化事件处理步伐的编写：

1. button.Click += (sender, e) => Console.WriteLine("按钮被点击！");

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4）Lambda 在异步编程中的应用

在异步编程中，Lambda表达式可以用于界说异步任务的执行逻辑。

1. class Program
2. {
3.     static async Task Main()
4.     {
5.         await Task.Run(() =>
6.         {
7.             Console.WriteLine("Task started.");
8.             for (int i = 0; i < 5; i++)
9.             {
10.                 Console.WriteLine($"Processing item {i + 1}");
11.             }
12.             Console.WriteLine("Task completed.");
13.         });
15.         Console.WriteLine("Main method completed.");
16.     }
17. }

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在这个例子中，我们使用Lambda表达式 () => { ... } 来界说异步任务的执行逻辑。
三、高级特性

1. 闭包（Closure）

Lambda 表达式可以捕捉上下文中(或 外部作用域 )的变量，形成闭包。
   Lambda表达式可以捕捉其界说范围内的局部变量，这意味着Lambda表达式可以访问外部作用域中的变量。这种特性使得Lambda表达式在某些情况下非常强大和灵活。

1. public class Program
2. {
3.     public static void Main()
4.     {
5.         int factor = 2;
6.         Func<int, int> multiply = x => x * factor;
7.         Console.WriteLine(multiply(5)); // 输出: 10
9.         factor = 5;
10.         Console.WriteLine(multiply(5)); // 输出: 25（闭包保留了 factor 的引用）
11.     }
12. }

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在这个例子中，Lambda表达式捕捉了外部变量 factor ，并在计算效果时使用了这个变量的值。
必要注意的是，被捕捉的变量在Lambda表达式被调用时仍然有效，因此要确保这些变量在其生命周期内不会被销毁或修改。
注意事项：

• 捕捉的变量生命周期与委托绑定，可能导致内存泄漏；
  
• 避免修改外部变量，防止逻辑杂乱。
  
• 闭包可能导致不测的变量共享，需谨慎处理。
  

2. 表达式树（Expression Tree）

Lambda 表达式可以转换为表达式树，用于表示代码的布局化情势。表达式树常用于动态生成代码或进行反射操纵。

1. public class Program
2. {
3.     public static void Main()
4.     {
5.         Expression<Func<int, int>> expression = x => x + 1;
6.         Console.WriteLine(expression.ToString()); // 输出: x => (x + 1)
7.     }
8. }

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3. 异步 Lambda

Lambda 表达式可以用于异步操纵，通过 async 和 await 关键字实现。

1. Func<Task<int>> asyncLambda = async () => await Task.Delay(1000).ContinueWith(_ => 42);

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1. using System;
2. using System.Threading.Tasks;
4. public class Program
5. {
6.     public static void Main()
7.     {
8.         Func<int, Task<int>> asyncLambda = async x =>
9.         {
10.             await Task.Delay(1000);
11.             return x * x;
12.         };
14.         asyncLambda(5).ContinueWith(t => Console.WriteLine(t.Result)); // 输出: 25
15.     }
16. }

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1. Func<Task> asyncTask = async () =>
2. {  
3.     await Task.Delay(1000);  
4.     Console.WriteLine("异步完成");  
5. };  

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4. 动态方法

Lambda 表达式可以用于动态生成方法，这在反射或动态调用中非常有用。

1. using System;
2. using System.Reflection.Emit;
4. public class Program
5. {
6.     public static void Main()
7.     {
8.         // 动态生成一个方法
9.         DynamicMethod dynamicMethod = new DynamicMethod("Add", typeof(int), new[] { typeof(int), typeof(int) }, typeof(Program).Module);
10.         ILGenerator il = dynamicMethod.GetILGenerator();
11.         il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
12.         il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
13.         il.Emit(OpCodes.Add);
14.         il.Emit(OpCodes.Ret);
16.         // 调用动态生成的方法
17.         Func<int, int, int> add = (Func<int, int, int>)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Func<int, int, int>));
18.         Console.WriteLine(add(2, 3)); // 输出: 5
19.     }
20. }

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5. 泛型 Lambda

Lambda 表达式可以用于泛型委托，进步代码的复用性增强灵活性。

1. Func<T, string> toString = (T obj) => obj?.ToString();  

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四、注意事项与限定

• 作用域规则：
  
  
  
  • Lambda 无法捕捉 ref/out 参数。
    
  • Lambda 内的return不影响外部方法。
    
  • 外部方法无法访问 Lambda 内部界说的变量。
    
  
  
• 运算符限定：
  
  
  
  • 不可用于is或as运算符左侧。
    
  
  
• 语句限定：
  
  
  
  • 不允许包含 goto、break、continue 凌驾 Lambda 边界的语句。
    
  
  
• 性能考量：
  
  
  
  • 表达式树可能比直接委托生成更多内存开销。
    
  • 频繁调用的Lambda需避免闭包捕捉，淘汰GC压力。
    
  • 太过使用Lambda表达式可能影响性能，尤其是在循环中频繁创建委托时。
    
  • Lambda 表达式在运行时会被编译为委托或表达式树，可能会有一定的性能开销。在性能敏感的场景中，必要谨慎使用。
    
  
  
• 循环变量捕捉：
  
  
  
  • Lambda表达式捕捉循环变量时，可能会导致不测行为（多线程异步情况下）。应使用局部变量来避免。
    
  1. for (int i = 0; i < 3; i++)
  2. {
  3.     int local = i;
  4.     actions.Add(() => Console.WriteLine(local));
  5. }

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五、演化过程

1.     public delegate void ShowDelegate(int a,string b);
2.     public class LambdaEvolution
3.     {
4.         public void Show(int a1,string b1)
5.         {
6.             Console.WriteLine($"show{a1}:{b1}");
7.         }
9.         public void Test()
10.         {
11.             //1 .Netframework1.0/1.1，原始方法
12.             ShowDelegate showDelegate = new ShowDelegate(Show);
14.             //2 .NetFramework2.0，匿名方法，增加delegate,去掉单独定义方法
15.             showDelegate = delegate (int x,string y) { Console.WriteLine($"show{x}:{y}"); };
17.             //3 .NetFramework3.0，=> 引入Lambda表达式，去掉delegate
18.             showDelegate = (int s,string t) => { Console.WriteLine($"show{s}:{t}"); };
20.             //4 .NetFramework3.0后期，简化参数类型,编译器自动推断数据类型
21.             showDelegate = (s,t) => { Console.WriteLine($"show{s}:{t}"); };
23.             //5 如果方法体中只有一行代码，可以省略方法体大括号
24.             showDelegate = (s,t) => Console.WriteLine($"show{s}:{t}");
26.             //如果方法只有一个参数，可以省略参数小括号
27.             Action<string> action = x => Console.WriteLine($"show{x}");
29.             //如果方法体中只有一行代码，且有返回值，可以省略return
30.             Func<int, string> func = x => x.ToString();
32.         }
34.     }

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结语

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希望以上内容可以帮助到各人，如文中有不对之处，还请批评指正。

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