Книга: C# 4.0: полное руководство

Лямбда-выражения

Лямбда-выражения

Несмотря на всю ценность анонимных методов, им на смену пришел более совершенный подход: лямбда-выражение. Не будет преувеличением сказать, что лямбда-выражение относится к одним из самых важных нововведений в С#, начиная с выпуска исходной версии 1.0 этого языка программирования. Лямбда-выражение основывается на совершенно новом синтаксическом элементе и служит более эффективной альтернативой анонимному методу. И хотя лямбда-выражения находят применение главным образом в работе с LINQ (подробнее об этом — в главе 19), они часто используются и вместе с делегатами и событиями. Именно об этом применении лямбда-выражений и пойдет речь в данном разделе.

Лямбда-выражение — это другой собой создания анонимной функции. (Первый ее способ, анонимный метод, был рассмотрен в предыдущем разделе.) Следовательно, лямбда-выражение может быть присвоено делегату. А поскольку лямбда-выражение считается более эффективным, чем эквивалентный ему анонимный метод, то в большинстве случаев рекомендуется отдавать предпочтение именно ему.

Во всех лямбда-выражениях применяется новый лямбда-оператор =>, который разделяет лямбда-выражение на две части. В левой его части указывается входной параметр (или несколько параметров), а в правой части — тело лямбда-выражения. Оператор => иногда описывается такими словами, как "переходит" или "становится".

В C# поддерживаются две разновидности лямбда-выражений в зависимости от тела самого лямбда-выражения. Так, если тело лямбда-выражения состоит из одного выражения, то образуется одиночное лямбда-выражение. В этом случае тело выражения не заключается в фигурные скобки. Если же тело лямбда-выражения состоит из блока операторов, заключенных в фигурные скобки, то образуется блочное лямбда-выражение. При этом блочное лямбда-выражение может содержать целый ряд операторов, в том числе циклы, вызовы методов и условные операторы if. Обе разновидности лямбда-выражений рассматриваются далее по отдельности.

В одиночном лямбда-выражении часть, находящаяся справа от оператора =>, воздействует на параметр (или ряд параметров), указываемый слева. Возвращаемым результатом вычисления такого выражения является результат выполнения лямбда-оператора.

Ниже приведена общая форма одиночного лямбда-выражения, принимающего единственный параметр.

параметр => выражение

Если же требуется указать несколько параметров, то используется следующая форма.

(список_параметров) => выражение

Таким образом, когда требуется указать два параметра или более, их следует заключить в скобки. Если же выражение не требует параметров, то следует использовать пустые скобки.

Ниже приведен простой пример одиночного лямбда-выражения.

count => count + 2

В этом выражении count служит параметром, на который воздействует выражение count + 2. В итоге значение параметра count увеличивается на 2. А вот еще один пример одиночного лямбда-выражения.

n => n % 2 == 0

В данном случае выражение возвращает логическое значение true, если числовое значение параметра n оказывается четным, а иначе — логическое значение false.

Лямбда-выражение применяется в два этапа. Сначала объявляется тип делегата, совместимый с лямбда-выражением, а затем экземпляр делегата, которому присваивается лямбда-выражение. После этого лямбда-выражение вычисляется при обращении к экземпляру делегата. Результатом его вычисления становится возвращаемое значение.

В приведенном ниже примере программы демонстрируется применение двух одиночных лямбда-выражений. Сначала в этой программе объявляются два типа делегатов. Первый из них, Incr, принимает аргумент типа int и возвращает результат того же типа. Второй делегат, IsEven, также принимает аргумент типа int, но возвращает результат типа bool. Затем экземплярам этих делегатов присваиваются одиночные лямбда-выражения. И наконец, лямбда-выражения вычисляются с помощью соответствующих экземпляров делегатов.

// Применить два одиночных лямбда-выражения.
using System;
// Объявить делегат, принимающий аргумент типа int и
// возвращающий результат типа int.
delegate int Incr(int v);
// Объявить делегат, принимающий аргумент типа int и
// возвращающий результат типа bool,
delegate bool IsEven(int v);
class SimpleLambdaDemo {
  static void Main() {
    // Создать делегат Incr, ссылающийся на лямбда-выражение,
    // увеличивающее свой параметр на 2.
    Incr incr = count => count + 2;
    // А теперь использовать лямбда-выражение incr.
    Console.WriteLine("Использование лямбда-выражения incr: ");
    int x = -10;
    while(x <= 0) {
      Console.Write(x + " ");
      x = incr(x); // увеличить значение x на 2
    }
    Console.WriteLine ("n");
    // Создать экземпляр делегата IsEven, ссылающийся на лямбда-выражение,
    // возвращающее логическое значение true, если его параметр имеет четное
    // значение, а иначе — логическое значение false.
    IsEven isEven = n => n % 2 == 0;
    // А теперь использовать лямбда-выражение isEven.
    Console.WriteLine("Использование лямбда-выражения isEven: ");
    for (int i=1; i <= 10; i++)
      if(isEven (i)) Console.WriteLine(i + " четное.");
  }
}

Вот к какому результату приводит выполнение этой программы.

Использование лямбда-выражения incr:
-10 -8 -6 -4 -2 0
Использование лямбда-выражения isEven:
2 четное.
4 четное.
6 четное.
8 четное.
10 четное.

Обратите в данной программе особое внимание на следующие строки объявлений.

Incr incr = count => count +2;
IsEven isEven = n => n % 2 == 0;

В первой строке объявления экземпляру делегата incr присваивается одиночное лямбда-выражение, возвращающее результат увеличения на 2 значения параметра count. Это выражение может быть присвоено делегату Incr, поскольку оно совместимо с объявлением данного делегата. Аргумент, указываемый при обращении к экземпляру делегата incr, передается параметру count, который и возвращает результат вычисления лямбда-выражения. Во второй строке объявления делегату isEven присваивается выражение, возвращающее логическое значение true, если передаваемый ему аргумент оказывается четным, а иначе — логическое значение false. Следовательно, это лямбда-выражение совместимо с объявлением делегата IsEven.

В связи со всем изложенным выше возникает резонный вопрос: каким образом компилятору становится известно о типе данных, используемых в лямбда-выражении, например, о типе int параметра count в лямбда-выражении, присваиваемом экземпляру делегата incr? Ответить на этот вопрос можно так: компилятор делает заключение о типе параметра и типе результата вычисления выражения по типу делегата. Следовательно, параметры и возвращаемое значение лямбда-выражения должны быть совместимы по типу с параметрами и возвращаемым значением делегата.

Несмотря на всю полезность логического заключения о типе данных, в некоторых случаях приходится явно указывать тип параметра лямбда-выражения. Для этого достаточно ввести конкретное название типа данных. В качестве примера ниже приведен другой способ объявления экземпляра делегата incr.

Incr incr = (int count) => count + 2;

Как видите, count теперь явно объявлен как параметр типа int. Обратите также внимание на использование скобок. Теперь они необходимы. (Скобки могут быть опущены только в том случае, если задается лишь один параметр, а его тип явно не указывается.)

В предыдущем примере в обоих лямбда-выражениях использовался единственный параметр, но в целом у лямбда-выражений может быть любое количество параметров, в том числе и нулевое. Если в лямбда-выражении используется несколько параметров, их необходимо заключить в скобки. Ниже приведен пример использования лямбда-выражения с целью определить, находится ли значение в заданных пределах.

(low, high, val) => val >= low && val <= high;

А вот как объявляется тип делегата, совместимого с этим лямбда-выражением.

delegate bool InRange(int lower, int upper, int v);

Следовательно, экземпляр делегата InRange может быть создан следующим образом.

InRange rangeOK = (low, high, val) => val >= low && val <= high;

После этого одиночное лямбда-выражение может быть выполнено так, как показано ниже.

if(rangeOK(1, 5, 3)) Console.WriteLine(
            "Число 3 находится в пределах от 1 до 5.");

И последнее замечание: внешние переменные могут использоваться и захватываться в лямбда-выражениях таким же образом, как и в анонимных методах.

Как упоминалось выше, существуют две разновидности лямбда-выражений. Первая из них, одиночное лямбда-выражение, была рассмотрена в предыдущем разделе. Тело такого лямбда-выражения состоит только из одного выражения. Второй разновидностью является блочное лямбда-выражение. Для такого лямбда-выражения характерны расширенные возможности выполнения различных операций, поскольку в его теле допускается указывать несколько операторов. Например, в блочном лямбда-выражении можно использовать циклы и условные операторы if, объявлять переменные и т.д. Создать блочное лямбда-выражение нетрудно. Для этого достаточно заключить тело выражения в фигурные скобки. Помимо возможности использовать несколько операторов, в остальном блочное лямбда-выражение, практически ничем не отличается от только что рассмотренного одиночного лямбда-выражения.

Ниже приведен пример использования блочного лямбда-выражения для вычисления и возврата факториала целого значения.

// Продемонстрировать применение блочного лямбда-выражения,
using System;
// Делегат IntOp принимает один аргумент типа int
// и возвращает результат типа int.
delegate int IntOp(int end);
class StatementLambdaDemo {
  static void Main() {
    // Блочное лямбда-выражение возвращает факториал
    // передаваемого ему значения.
    IntOp fact = n => {
      int r = 1;
      for (int i=1; i <= n; i++)
        r = i * r;
      return r;
    };
    Console.WriteLine("Факториал 3 равен " + fact(3));
    Console.WriteLine("Факториал 5 равен " + fact(5));
  }
}

При выполнении этого кода получается следующий результат.

Факториал 3 равен 6
Факториал 5 равен 120

В приведенном выше примере обратите внимание на то, что в теле блочного лямбда-выражения объявляется переменная r, организуется цикл for и используется оператор return. Все эти элементы вполне допустимы в блочном лямбда-выражении. И в этом отношении оно очень похоже на анонимный метод. Следовательно, многие анонимные методы могут быть преобразованы в блочные лямбда-выражения при обновлении унаследованного кода. И еще одно замечание: когда в блочном лямбда-выражении встречается оператор return, он просто обусловливает возврат из лямбда-выражения, но не возврат из охватывающего метода.

И в заключение рассмотрим еще один пример, демонстрирующий блочное лямбда-выражение в действии. Ниже приведен вариант первого примера из этой главы, измененного с целью использовать блочные лямбда-выражения вместо автономных методов для выполнения различных операций со строками.

// Первый пример применения делегатов, переделанный с
// целью использовать блочные лямбда-выражения.
using System;
// Объявить тип делегата,
delegate string StrMod(string s);
class UseStatementLambdas {
  static void Main() {
    // Создать делегаты, ссылающиеся на лямбда- выражения,
    // выполняющие различные операции с символьными строками.
    // Заменить пробелы дефисами.
    StrMod ReplaceSpaces = s => {
      Console.WriteLine("Замена пробелов дефисами.");
      return s.Replace(' ', '-');
    };
    // Удалить пробелы.
    StrMod RemoveSpaces = s => {
      string temp = "";
      int i;
      Console.WriteLine("Удаление пробелов.");
      for(i=0; i < s.Length; i++)
        if(s[i] != ' ') temp += s[i];
      return temp;
    };
    // Обратить строку.
    StrMod Reverse = s => {
      string temp = ""; int i, j;
      Console.WriteLine("Обращение строки.");
      for(j=0, i=s.Length-1; i >= 0; i--, j++) temp += s[i];
      return temp;
    };
    string str;
    // Обратиться к лямбда-выражениям с помощью делегатов.
    StrMod strOp = ReplaceSpaces;
    str = strOp("Это простой тест.");
    Console.WriteLine("Результирующая строка: " + str);
    Console.WriteLine() ;
    strOp = RemoveSpaces;
    str = strOp("Это простой тест.");
    Console.WriteLine("Результирующая строка: " + str);
    Console.WriteLine();
    strOp = Reverse;
    str = strOp("Это простой тест.");
    Console.WriteLine("Результирующая строка: " + str);
  }
}

Результат выполнения кода этого примера оказывается таким же, как и в первом примере применения делегатов.

Замена пробелов дефисами.
Результирующая строка: Это-простой-тест.
Удаление пробелов.
Результирующая строка: Этопростойтест.
Обращение строки.
Результирующая строка: .тсет йотсорп отЭ

Оглавление книги