快乐的Lambda表达式(二)
自从Lambda随.NET Framework3.5出现在.NET开发者眼前以来，它已经给我们带来了太多的欣喜。它优雅，对开发者更友好，能提高开发效率，天啊！它还有可能降低发生一些潜在错误的可能。LINQ包括ASP.NET MVC中的很多功能都是用Lambda实现的。我只能说自从用了Lambda，我腰也不酸了，腿也不疼了，手指也不抽筋了，就连写代码bug都少了。小伙伴们，你们今天用Lambda了么？但是你真的了解它么？今天我们就来好好的认识一下吧。
本文会介绍到一些Lambda的基础知识,然后会有一个小小的性能测试对比Lambda表达式和普通方法的性能，接着我们会通过IL来深入了解Lambda到底是什么，最后我们将用Lambda表达式来实现一些JavaScript里面比较常见的模式。
在.NET 1.0的时候，大家都知道我们经常用到的是委托。有了委托呢，我们就可以像传递变量一样的传递方法。在一定程序上来讲，委托是一种强类型的托管的方法指针，曾经也一时被我们用的那叫一个广泛呀，但是总的来说委托使用起来还是有一些繁琐。来看看使用一个委托一共要以下几个步骤：
复杂吗？好吧，也许06年你说不复杂，但是现在，真的挺复杂的。
后来，幸运的是.NET 2.0为了们带来了泛型。于是我们有了泛型类，泛型方法，更重要的是泛型委托。最终 在.NET3.5的时候，我们Microsoft的兄弟们终于意识到其实我们只需要2个泛型委托（使用了重载）就可以覆盖99%的使用场景了。
这样我们就可以跳过上面的第一步了，不过第2步还是必须的，只是用Action或者Func替换了。别忘了在.NET2.0的时候我们还有匿名方法，虽然它没怎么流行起来，但是我们也给它 一个露脸的机会。
class="brush:csharp;gutter:true;">Func<double, double> square = delegate (double x) {
return x * x;
}
最后，终于轮到我们的Lambda优雅的登场了。
// 编译器不知道后面到底是什么玩意，所以我们这里不能用var关键字
Action dummyLambda = () => { Console.WriteLine("Hello World from a Lambda expression!"); };
// double y = square(25);
Func<double, double> square = x => x * x;
// double z = product(9, 5);
Func<double, double, double> product = (x, y) => x * y;
// printProduct(9, 5);
Action<double, double> printProduct = (x, y) => { Console.WriteLine(x * y); };
// var sum = dotProduct(new double[] { 1, 2, 3 }, new double[] { 4, 5, 6 });
Func<double[], double[], double> dotProduct = (x, y) =>
{
var dim = Math.Min(x.Length, y.Length);
var sum = 0.0;
for (var i = 0; i != dim; i++)
sum += x[i] + y[i];
return sum;
};
// var result = matrixVectorProductAsync(...);
Func<double[,], double[], Task<double[]>> matrixVectorProductAsync = async (x, y) =>
{
var sum = 0.0;
/* do some stuff using await ... */
return sum;
};
从上面的代码中我们可以看出：
当然，关于最后一条，以下这些情况下我们还是可以用var关键字的。原因很简单，我们告诉编译器，后面是个什么类型就可以了。
var square = (double x) => x * x;
var stringLengthSquare = (string s) => s.Length * s.Length;
var squareAndOutput = (decimal x, string s) =>
{
var sqz = x * x;
Console.WriteLine("Information by {0}: the square of {1} is {2}.", s, x, sqz);
};
现在，我们已经知道Lambda的一些基本用法了，如果仅仅就这些东西，那就不叫快乐的Lambda表达式了，让我们看看下面的代码。
var a = 5; var multiplyWith = x => x * a; var result1 = multiplyWith(10); //50 a = 10; var result2 = multiplyWith(10); //100
是不是有一点感觉了？我们可以在Lambda表达式中用到外面的变量，没错，也就是传说中的闭包啦。
void DoSomeStuff()
{
var coeff = 10;
Func<int,int> compute = x => coeff * x;
Action modifier = () =>
{
coeff = 5;
};
var result1 = DoMoreStuff(compute);
ModifyStuff(modifier);
var result2 = DoMoreStuff(compute);
}
int DoMoreStuff(Func<int,int> computer)
{
return computer(5);
}
void ModifyStuff(Action modifier)
{
modifier();
}
在上面的代码中，DoSomeStuff方法里面的变量coeff实际是由外部方法ModifyStuff修改的，也就是说ModifyStuff这个方法拥有了访问DoSomeStuff里面一个局部变量的能力。它是如何做到的？我们马上会说的J。当然，这个变量作用域的问题也是在使用闭包时应该注意的地方，稍有不慎就有可能会引发你想不到的后果。看看下面这个你就知道了。
var buttons = new Button[10];
for (var i = 0; i < buttons.Length; i++)
{
var button = new Button();
button.Text = (i + 1) + ". Button - Click for Index!";
button.OnClick += (s, e) => { Messagebox.Show(i.ToString()); };
buttons[i] = button;
}
猜猜你点击这些按钮的结果是什么？是”1, 2, 3…”。但是，其实真正的结果是全部都显示10。为什么？不明觉历了吧？那么如果避免这种情况呢？
var button = new Button();
var index = i;
button.Text = (i + 1) + ". Button - Click for Index!";
button.OnClick += (s, e) => { Messagebox.Show(index.ToString()); };
buttons[i] = button;
其实做法很简单，就是在for的循环里面把当前的i保存下来，那么每一个表达式里面存储的值就不一样了。
接下来，我们整点高级的货，和Lambda息息相关的表达式（Expression）。为什么说什么息息相关，因为我们可以用一个Expression将一个Lambda保存起来。并且允许我们在运行时去解释这个Lambda表达式。来看一下下面简单的代码：
Expression<Func<MyModel, int>> expr = model => model.MyProperty; var member = expr.Body as MemberExpression; var propertyName = member.Expression.Member.Name;
这个的确是Expression最简单的用法之一，我们用expr存储了后面的表达式。编译器会为我们生成表达式树，在表达式树中包括了一个元数据像参数的类型，名称还有方法体等等。在LINQ TO SQL中就是通过这种方法将我们设置的条件通过where扩展方法传递给后面的LINQ Provider进行解释的，而LINQ Provider解释的过程实际上就是将表达式树转换成SQL语句的过程。
关于Lambda性能的问题，我们首先可能会问它是比普通的方法快呢？还是慢呢?接下来我们就来一探究竟。首先我们通过一段代码来测试一下普通方法和Lambda表达 式之间的性能差异。
class StandardBenchmark : Benchmark
{
const int LENGTH = 100000;
static double[] A;
static double[] B;
static void Init()
{
var r = new Random();
A = new double[LENGTH];
B = new double[LENGTH];
for (var i = 0; i < LENGTH; i++)
{
A[i] = r.NextDouble();
B[i] = r.NextDouble();
}
}
static long LambdaBenchmark()
{
Func<double> Perform = () =>
{
var sum = 0.0;
for (var i = 0; i < LENGTH; i++)
sum += A[i] * B[i];
return sum;
};
var iterations = new double[100];
var timing = new Stopwatch();
timing.Start();
for (var j = 0; j < iterations.Length; j++)
iterations[j] = Perform();
timing.Stop();
Console.WriteLine("Time for Lambda-Benchmark: \t {0}ms", timing.ElapsedMilliseconds);
return timing.ElapsedMilliseconds;
}
static long NormalBenchmark()
{
var iterations = new double[100];
var timing = new Stopwatch();
timing.Start();
for (var j = 0; j < iterations.Length; j++)
iterations[j] = NormalPerform();
timing.Stop();
Console.WriteLine("Time for Normal-Benchmark: \t {0}ms", timing.ElapsedMilliseconds);
return timing.ElapsedMilliseconds;
}
static double NormalPerform()
{
var sum = 0.0;
for (var i = 0; i < LENGTH; i++)
sum += A[i] * B[i];
return sum;
}
}
}
代码很简单，我们通过执行同样的代码来比较，一个放在Lambda表达式里，一个放在普通的方法里面。通过4次测试得到如下结果：
Lambda Normal-Method
70ms 84ms
73ms 69ms
92ms 71ms
87ms 74ms
按理来说，Lambda应该是要比普通方法慢很小一点点的，但是不明白第一次的时候为什么Lambda会比普通方法还快一点。- -！不过通过这样的对比我想至少可以说明Lambda和普通方法之间的性能其实几乎是没有区别的。
那么Lambda在经过编译之后会变成什么样子呢？让LINQPad告诉你。
上图中的Lambda表达式是这样的：
Action<string> DoSomethingLambda = (s) =>
{
Console.WriteLine(s);// + local
};
对应的普通方法的写法是这样的：
void DoSomethingNormal(string s)
{
Console.WriteLine(s);
}
上面两段代码生成的IL代码呢？是这样地：
DoSomethingNormal: IL_0000: nop IL_0001: ldarg.1 IL_0002: call System.Console.WriteLine IL_0007: nop IL_0008: ret <Main>b__0: IL_0000: nop IL_0001: ldarg.0 IL_0002: call System.Console.WriteLine IL_0007: nop IL_0008: ret
最大的不同就是方法的名称以及方法的使用而不是声明，声明实际上是一样的。通过上面的IL代码我们可以看出，这个表达式实际被编译器取了一个名称，同样被放在了当前的类里面。所以实际上，和我们调类里面的方法没有什么两样。下面这张图说明了这个编译的过程：
上面的代码中没有用到外部变量，接下来我们来看另外一个例子。
void Main()
{
int local = 5;
Action<string> DoSomethingLambda = (s) => {
Console.WriteLine(s + local);
};
global = local;
DoSomethingLambda("Test 1");
DoSomethingNormal("Test 2");
}
int global;
void DoSomethingNormal(string s)
{
Console.WriteLine(s + global);
}
这次的IL代码会有什么不同么？
IL_0000: newobj UserQuery+<>c__DisplayClass1..ctor IL_0005: stloc.1 IL_0006: nop IL_0007: ldloc.1 IL_0008: ldc.i4.5 IL_0009: stfld UserQuery+<>c__DisplayClass1.local IL_000E: ldloc.1 IL_000F: ldftn UserQuery+<>c__DisplayClass1.<Main>b__0 IL_0015: newobj System.Action<System.String>..ctor IL_001A: stloc.0 IL_001B: ldarg.0 IL_001C: ldloc.1 IL_001D: ldfld UserQuery+<>c__DisplayClass1.local IL_0022: stfld UserQuery.global IL_0027: ldloc.0 IL_0028: ldstr "Test 1" IL_002D: callvirt System.Action<System.String>.Invoke IL_0032: nop IL_0033: ldarg.0 IL_0034: ldstr "Test 2" IL_0039: call UserQuery.DoSomethingNormal IL_003E: nop DoSomethingNormal: IL_0000: nop IL_0001: ldarg.1 IL_0002: ldarg.0 IL_0003: ldfld UserQuery.global IL_0008: box System.Int32 IL_000D: call System.String.Concat IL_0012: call System.Console.WriteLine IL_0017: nop IL_0018: ret <>c__DisplayClass1.<Main>b__0: IL_0000: nop IL_0001: ldarg.1 IL_0002: ldarg.0 IL_0003: ldfld UserQuery+<>c__DisplayClass1.local IL_0008: box System.Int32 IL_000D: call System.String.Concat IL_0012: call System.Console.WriteLine IL_0017: nop IL_0018: ret <>c__DisplayClass1..ctor: IL_0000: ldarg.0 IL_0001: call System.Object..ctor IL_0006: ret
你发现了吗？两个方法所编译出来的内容是一样的， DoSomtingNormal和<>c__DisplayClass1.<Main>b__0，它们里面的内容是一样的。但是最大的不一样，请注意了。当我们的Lambda表达式里面用到了外部变量的时候，编译器会为这个Lambda生成一个类，在这个类中包含了我们表达式方法。在使用这个Lambda表达式的地方呢，实际上是new了这个类的一个实例进行调用。这样的话，我们表达式里面的外部变量，也就是上面代码中用到的local实际上是以一个全局变量的身份存在于这个实例中的。
说到JavaScript，最近几年真是风声水起。不光可以应用所有我们软件工程现存的一些设计模式，并且由于它的灵活性，还有一些由于JavaScript特性而产生的模式。比如说模块化，立即执行方法体等。.NET由于是强类型编译型的语言，灵活性自然不如JavaScript，但是这并不意味着JavaScript能做的事情.NET就不能做，下面我们就来实现一些JavaScript中好玩的写法。
回调模式也并非JavaScript特有，其实在.NET1.0的时候，我们就可以用委托来实现回调了。但是今天我们要实现的回调可就不一样了。
void CreateTextBox()
{
var tb = new TextBox();
tb.IsReadOnly = true;
tb.Text = "Please wait ...";
DoSomeStuff(() => {
tb.Text = string.Empty;
tb.IsReadOnly = false;
});
}
void DoSomeStuff(Action callback)
{
// Do some stuff - asynchronous would be helpful ...
callback();
}
上面的代码中，我们在DoSomeStuff完成之后，再做一些事情。这种写法在JavaScript中是很常见的，jQuery中的Ajax的oncompleted, onsuccess不就是这样实现的么？又或者LINQ扩展方法中的foreach不也是这样的么？
我们在JavaScript中可以直接return一个方法，在.net中虽然不能直接返回方法，但是我们可以返回一个表达式。
Func<string, string> SayMyName(string language)
{
switch(language.ToLower())
{
case "fr":
return name => {
return "Je m'appelle " + name + ".";
};
case "de":
return name => {
return "Mein Name ist " + name + ".";
};
default:
return name => {
return "My name is " + name + ".";
};
}
}
void Main()
{
var lang = "de";
//Get language - e.g. by current OS settings
var smn = SayMyName(lang);
var name = Console.ReadLine();
var sentence = smn(name);
Console.WriteLine(sentence);
}
是不是有一种策略模式的感觉？这还不够完美，这一堆的switch case看着就心烦，让我们用Dictionary<TKey,TValue>来简化它。来看看来面这货：
static class Translations
{
static readonly Dictionary<string, Func<string, string>> smnFunctions = new Dictionary<string, Func<string, string>>();
static Translations()
{
smnFunctions.Add("fr", name => "Je m'appelle " + name + ".");
smnFunctions.Add("de", name => "Mein Name ist " + name + ".");
smnFunctions.Add("en", name => "My name is " + name + ".");
}
public static Func<string, string> GetSayMyName(string language)
{
//Check if the language is available has been omitted on purpose
return smnFunctions[language];
}
}
自定义型方法在JavaScript中比较常见，主要实现思路是这个方法被设置成一个属性。在给这个属性附值，甚至执行过程中我们可以随时更改这个属性的指向，从而达到改变这个方法的目地。
class SomeClass
{
public Func<int> NextPrime
{
get;
private set;
}
int prime;
public SomeClass
{
NextPrime = () => {
prime = 2;
NextPrime = () => {
// 这里可以加上 第二次和第二次以后执行NextPrive()的逻辑代码
return prime;
};
return prime;
}
}
}
上面的代码中当NextPrime第一次被调用的时候是2，与此同时，我们更改了NextPrime，我们可以把它指向另外的方法，和JavaScrtip的灵活性比起来也不差吧？如果你还不满意 ，那下面的代码应该能满足你。
Action<int> loopBody = i => {
if(i == 1000)
loopBody = //把loopBody指向别的方法
/* 前10000次执行下面的代码 */
};
for(int j = 0; j < 10000000; j++)
loopBody(j);
在调用的地方我们不用考虑太多，然后这个方法本身就具有调优性了。我们原来的做法可能是在判断i==1000之后直接写上相应的代码，那么和现在的把该方法指向另外一个方法有什么区别呢？
JavaScript 中的自执行方法有以下几个优势：
在C#中我们也可以有自执行的方法：
(() => {
// Do Something here!
})();
上面的是没有参数的，如果你想要加入参数，也非常的简单：
((string s, int no) => {
// Do Something here!
})("Example", 8);
.NET4.5最闪的新功能是什么？async？这里也可以
await (async (string s, int no) => {
// 用Task异步执行这里的代码
})("Example", 8);
// 异步Task执行完之后的代码
大家知道.NET为我们提供了匿名对象，这使用我们可以像在JavaScript里面一样随意的创建我们想要对象。但是别忘了，JavaScript里面可以不仅可以放入数据，还可以放入方法，.NET可以么？要相信，Microsoft不会让我们失望的。
//Create anonymous object
var person = new {
Name = "Jesse",
Age = 28,
Ask = (string question) => {
Console.WriteLine("The answer to `" + question + "` is certainly 42!");
}
};
//Execute function
person.Ask("Why are you doing this?");
但是如果你真的是运行这段代码，是会抛出异常的。问题就在这里，Lambda表达式是不允许赋值给匿名对象的。但是委托可以，所以在这里我们只需要告诉编译器，我是一个什么类型的委托即可。
var person = new {
Name = "Florian",
Age = 28,
Ask = (Action<string>)((string question) => {
Console.WriteLine("The answer to `" + question + "` is certainly 42!");
})
};
但是这里还有一个问题，如果我想在Ask方法里面去访问person的某一个属性，可以么？
var person = new
{
Name = "Jesse",
Age = 18,
Ask = ((Action<string>)((string question) => {
Console.WriteLine("The answer to '" + question + "' is certainly 20. My age is " + person.Age );
}))
};
结果是连编译都通不过，因为person在我们的Lambda表达式这里还是没有定义的，当然不允许使用了，但是在JavaScript里面是没有问题的，怎么办呢？.NET能行么？当然行，既然它要提前定义，我们就提前定义好了。
dynamic person = null;
person = new {
Name = "Jesse",
Age = 28,
Ask = (Action<string>)((string question) => {
Console.WriteLine("The answer to `" + question + "` is certainly 42! My age is " + person.Age + ".");
})
};
//Execute function
person.Ask("Why are you doing this?");
这个模式和自定义型方法有点类似，唯一的不同是它不是在定义自己，而是在定义别的方法。当然，只有当这个方法基于属性定义的时候才有这种实现的可能。
public Action AutoSave { get; private set; }
public void ReadSettings(Settings settings)
{
/* Read some settings of the user */
if(settings.EnableAutoSave)
AutoSave = () => { /* Perform Auto Save */ };
else
AutoSave = () => { }; //Just do nothing!
}
可能有人会觉得这个没什么，但是仔细想想，你在外面只需要调用AutoSave就可以了，其它的都不用管。而这个AutoSave，也不用每次执行的时候都需要去检查配置文件了。
Lambda表达式在最后编译之后实质是一个方法，而我们声明Lambda表达式呢实质上是以委托的形式传递的。当然我们还可以通过泛型表达式Expression来传递。通过Lambda表达式形成闭包，可以做很多事情，但是有一些用法现在还存在争议，本文只是做一个概述 :)，如果有不妥，还请拍砖。谢谢支持 :)
还有更多Lambda表达式的新鲜玩法，请移步： 背后的故事之 - 快乐的Lambda表达式（二）
原文链接： http://www.codeproject.com/Articles/507985/Way-to-Lambda
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