C# 委托（一）—— 委托、泛型委托与Lambda表达式

2018年08月19日 20:46:47 wnvalentin 阅读数 2992

1 委托的含义

当需要将一个方法当作另一个方法的参数时，对于某些语言例如C/C++等，需要用函数指针来处理。而对于C#来说，则使用委托机制。

例如，当我们需要对一个泛型集合ICollection<T>进行排序时，我们定义一个Sort方法，那么这个方法需要哪些参数才能进行排序呢？首先，肯定需要一个Collection<T>对象作为输入参数，代表要排序的对象集合；然后，Sort方法还需要知道如何比较两个对象，经过比较之后才能决定让哪个对象排在前面。因此，Sort方法需要第二个参数，这个参数是一个方法，代表着比较排序对象的方法。这时候这个比较方法参数就只能是一个委托。我们在调用Sort方法对具体的类进行排序时，通过委托传入一个具体类的比较方法。

再比如，在使用LINQ时，我们经常会用到Where()、Find()等扩展方法，实现对集合中元素的筛选或查找。Where()方法拥有一个Func<T>参数，它就是一个委托。我们调用Where()时需要给这个委托传递一个方法，告诉Where筛选器筛选元素的规则方法。

委托是一种特殊的类，是一种能够引用方法的类。在创建委托时，就是创建了一个存储方法引用的对象。

委托是类型安全的。C函数指针只是一个指向一个存储单元的指针，不能保证指向的内容就是正确类型的函数。而对于C#的委托而言，声明一个委托时必须指定返回类型和参数，.NET编译器会严格检查方法的参数和返回类型和委托是否匹配，检查通过后才能进行转换。转换之后的委托实例作为一个参数，传递给调用它的函数。

一个委托可以被传递任何符合要求的方法。不同场合需要不同方法时，在调用的地方直接将委托参数替换为实际方法就行。因此，委托调用的方法是在程序运行时才能确定的。

2 委托声明、实例化和调用

2.1 委托的声明

前面提到过，委托是一种特殊的类，因此委托的声明与类的声明方法类似，在任何可以声明类的地方都可以声明委托。委托声明用delegate关键字，同时委托要指明方法参数和返回值，写法与方法类似。综合类的声明和方法的声明，委托声明写成如下形式：

[访问修饰符] delegate 返回值类型委托名（形参列表）;

委托的声明实际上是定义了一个派生于System.Delegate类的类，这与一般类的声明语法不同。编译器会根据委托的声明自动创建一个委托的类并实现细节。

接下来我们以一个简单的List<Student>排序为例进行说明。假设我们有一个Student类，存放学生信息，拥有姓名、年龄和学号三个属性：

public class Student

{

    public string Name { get; set; }

    public int Age { get; set; }

    public int Num { get; set; }

}

然后创建一个List<Student>：

Student s1 = new Student() { Name = "小红", Age = 10, Num = 1001 };

Student s2 = new Student() { Name = "小华", Age = 9, Num = 1002 };

List<Student> sList = new List<Student>();

sList.Add(s1);

List.Add(s2);

我们的目标是想给List<Student>对象添加一个排序方法，这个排序方法可以根据年龄或者学号来排序，具体需要哪一种排序需要在客户端调用时指定。（简单起见，本案例中List<Student>只包含两个元素，不纠结于排序算法）

按照要求，Student对象的比较有两种方法，我们实现两个比较方法，供委托使用：

//比较年龄

public static bool Younger(Student s1, Student s2) => s1.Age <= s2.Age;

//比较学号

public static bool NumSmaller(Student s1, Student s2) => s1.Num <= s2.Num;

由上，我们可以抽象出一个代表比较Student的方法的委托：

public delegate bool CompareDelegate(Student first, Student second);

这个委托的类名为CompareDelegate，注意到委托声明的返回值类型、参数与其代表的方法要完全一致。

2.2 委托的实例化

与普通类的使用方法相同，声明了委托之后，我们必须给委托传递一个具体的方法，才能在运行时调用委托实例。委托实例包含了被传递给它的方法的信息，在运行时，调用委托实例就相当于执行它当中的方法。

委托实例化格式如下：

委托类名委托实例名 = new 委托类名(Target) ;

其中，委托实例名是自定义的名称，Target是要传入的方法的名称。注意，Target是方法的引用，不能带()。带()的话是该方法的调用。区分引用和调用。

委托的实例化还有一种简单的方法：

委托类名委托实例名 = Target;

在需要委托实例的地方直接传入Target引用即可，C#编译器会自动根据委托类型进行验证，这称为“委托推断”。

案例：

//以下两种方法等价

CompareDelegate myCompareDelegate = new CompareDelegate(Younger);

CompareDelegate myCompareDelegate = Younger;//委托推断

2.3 委托实例的调用

委托实例等价于它当中实际方法，因此可以使用反射的Invoke()方法调用委托实例，也可以直接在委托实例后加上()进行调用。

我们下面看一下委托所代表的方法是如何被业务方法调用的。这里我们的业务是排序SortStudent方法：

//使用委托的业务方法

public static void SortStudent(List<Student> sList, CompareDelegate CompareMethod)

{

    if (CompareMethod(sList[0], sList[1]))//等价于CompareMethod.Invoke(sList[0],  List[1])

    {

        //sList[0]已经在sList[1]前面了，所以什么也不用做

    }

    else

    {

        sList.Reverse();//交换位置

    }

    //获取排名采用的比较方法的名称

    Console.WriteLine($"\r\n按照 {CompareMethod.Method.Name} 排名：");

    //打印排序后的链表

    foreach (Student s in sList)

        Console.WriteLine($"{s.Name} {s.Age} {s.Num} ");

}

这里Sort方法拥有一个CompareDelegate类型的委托实例CompareMethod，它可直接当做具体方法进行调用。

在客户端对委托进行实例化后，调用SortStudent()方法就可以进行排序了。

//委托的实例化与使用

CompareDelegate myCompareDelegate = NumSmaller;//采用比较学号的方法

SortStudent(sList, myCompareDelegate);

//使用委托推断，与上两行等价

SortStudent(sList, NumSmaller);

输出如下：

按照 NumSmaller 排名：

小红 10 1001

小华 9 1002

3 泛型委托

我们每次要使用一个委托时，都需要先声明这个委托类，规定参数和返回值类型，然后才能实例化、调用。为了简化这个过程， .NET 框架为我们封装了三个泛型委托类，因此大部分情况下我们不必再声明委托，可以拿来直接实例化使用，方便了我们的日常Coding。

.这三种泛型委托包括：Func<T>委托、Action<T>委托和Predicate<T>委托。

3.1 Func<T>委托

Func<T>委托代表着拥有返回值的泛型委托。Func<T>有一系列的重载，形式如 Func<T1,T2, ... TResult>，其中TResult代表委托的返回值类型，其余均是参数类型。只有一个T时，即Func<TResult>，代表该委托是无参数的。.NET封装了最多16个输入参数的Funct<>委托。

需要特别注意的是，若方法返回 void ，由于 void 不是数据类型，因此不能定义Func<void>委托。返回 void 的泛型委托见下文的Action<T>。

Func<T>的使用方法与一般的委托相同。例如上面的案例可改写如下;

public static void SortStudent(List<Student> sList,Func<Student,Student,bool> CompareMethod)

{

    if(CompareMethod(sList[0], sList[1]))

    {

    }

    else

    {

        sList.Reverse();

    }

    Console.WriteLine($"\r\n按照 {CompareMethod.Method.Name} 排名：");

    foreach (Student s in sList)

        Console.WriteLine($"{s.Name} {s.Age} {s.Num} ");

}

//客户端调用

Func<Student, Student, bool> myCompareFunc = NumSmaller;

SortStudent2(sList, myCompareFunc);

注意SortStudent2方法的委托参数也必须是Func<Student, Student, bool>，才能满足方法调用时类型一致的要求。

3.2 Action<T>委托

Action<T>委托代表返回值为空 void 的委托，它也有一些列重载，最多拥有16个输入参数。用法与Func<T>相同。

3.3 Predicate<T>委托

这个一般用的较少，它封装返回值为bool类型的委托，可被Func<T>代替。

4 匿名委托

采用匿名方法实例化的委托称为匿名委托。

每次实例化一个委托时，都需要事先定义一个委托所要调用的方法。为了简化这个流程，C# 2.0开始提供匿名方法来实例化委托。这样，我们在实例化委托时就可以 “随用随写” 它的实例方法。

使用的格式是：

委托类名委托实例名 = delegate (args) {方法体代码} ;

这样就可以直接把方法写在实例化代码中，不必在另一个地方定义方法。当然，匿名委托不适合需要采用多个方法的委托的定义。

使用匿名方法，以上代码可改写为：

CompareDelegate anonymousCompare = delegate (Student s3, Student s4)

{

    return s1.Num <= s2.Num;

};

SortStudent(sList, anonymousCompare);

需要说明的是，匿名方法并不是真的“没有名字”的，而是编译器为我们自动取一个名字。SortStudent方法打印了委托调用的方法的名字（见上文代码），我们可以看到如下输出：

按照 <Main>b__0 排名：

小红 10 1001

小华 9 1002

编译器为我们的匿名方法取了一个b__0的名字。

5 Lambda表达式

江山代有才人出，纵然匿名方法使用很方便，可惜她很快就成了过气网红，没能领多长时间的风骚。如今已经很少见到了，因为delegate关键字限制了她用途的扩展。自从C# 3.0开始，她就被Lambda表达式取代，而且Lambda表达式用起来更简单。Lambda表达式本质上是改进的匿名方法。

Lambda表达式的灵感可能是来源于数学中的函数表达式，例如下图：

Lambda表达式把其中的箭头用 => 符号表示。

如今Lambda表达式已经应用在很多地方了，例如方法体表达式（Expression-Bodied Methods）、自动只读属性表达式等等。

Lambda表达式形式上分为两种：

5.1 表达式Lambda

当匿名函数只有一行代码时，可采用这种形式。例如：

CompareDelegate LambdaCompare = (s4, s5) => s4.Age <= s5.Age;

其中=>符号代表Lambda表达式，它的左侧是参数，右侧是要返回或执行的语句。参数要放在圆括号中，若只有一个参数，为了方便起见可省略圆括号。有多个参数或者没有参数时，不可省略圆括号。

相比匿名函数，在表达式Lambda中，方法体的花括号{}和return关键字被省略掉了。

其实，上文定义NumSmaller()和Younger()方法时，由于这两个方法主体只有一行代码，所以用的也是表达式Lambda，这是Lambda表达式的推广，是C# 6 编译器提供的一个语法糖。

5.2 语句Lambda

当匿名函数有多行代码时，只能采用语句Lambda。例如，上面的表达式Lambda可改写为语句Lambda：

CompareDelegate LambdaCompare = (s4, s5) =>

{

    return s4.Age <= s5.Age;

};

语句Lambda不可以省略{}和return语句。