C# 委派(Delegate) (二) - Anonymous Function、Lambda Expression

上一篇中C# 委派(Delegate) (一)介紹了Delegate類基本觀念、宣告方式與使用方式，本篇將照著C#中委派的發展史中，繼續介紹Anonymous Function、Lambda Expression。

• Anonymous Function

還記得上篇的範例中，我們每宣告一個委派(delegate)的變數(variable)就要寫一個跟委派相同簽章的具名方法對應是吧?

但是這個專用來給委派變數宣告用具名方法，具名不是顯得很多餘嗎，我們似乎不太需要知道這個方法叫什麼名字啊。

        public delegate int MyDelegate(int x);
        static void Main(string[] args)
        {
            //AddOne是專門寫來給委派變數使用的方法，這個具名方法只用一次，從此以後AddOne沒在被用過。
            MyDelegate mydelegate = new MyDelegate(AddOne);
        }
        public static int AddOne(int number)
        {
            return ++number;
        }

所以在C#2.0中貼心的微軟發展了一套專門給委派變數宣告專用的語法糖(Syntactic sugar)叫做匿名方法(Anonymous Function)。

        public delegate int MyDelegate(int x);
        static void Main(string[] args)
        {
            //不需要再寫一個AddOne方法
            MyDelegate mydelegate = delegate (int number) { return number + 1; };
        }

所以在C#2.0中只要如上宣告就完成了委派變數的宣告。匿名方法的變數宣告中，左式必須要使用明確的委派類別來宣告(這邊使用MyDelegate)，不能使用var關鍵字，如果堅持要使用var關鍵字宣告，本文最後面會提及。而右式指派的方式為delegate (參數型態 參數名稱) { 方法內容 };，如果沒有回傳型態則不用return，這樣就完成了匿名方法的宣告。

• Lambda Expression

C#3.0中，隨著Linq被引進，微軟更進一步發展語法更簡潔，功能更強大的匿名方法，這種匿名方法就是著名的Lambda表達式(Lambda Expression)，Lambda不只可以完全取代原本的匿名方法，還可以進一步的發展出強大的表達式樹(Expression Tree，表達式樹的應用在整個C#的學習上非常進階，在此先不提及)。

Lambda表達式分為兩種

1. 運算式Lambda(Expression Lambdas)
2. 陳述式Lambda(Statement Lambdas)

1.運算式Lambda(input-parameters) => expression

        public delegate int MyDelegate(int x);
        public delegate int MyDelegate2(int x,int y);
        public delegate void MyVoidDelegate(object o);
        static void Main(string[] args)
        {
            MyDelegate mydelegate = x =>x + 1;
            MyDelegate2 mydelegate2 = (x,y) => x + 1;
            MyVoidDelegate myVoidDelegate = o => Console.WriteLine(o);
        }

Lambda運算式的宣告如上，特性就是只能有一行的運算式，而且只有為一個參數的時候參數的括弧可以省略(例:mydelegate)，依照委派變數的簽章，運算式Lambda會自動回傳將運算式主體回傳，所以不用加上return，x=>x+1;等效於一個return x+1;的方法。運算式Lambda不只可以用於委派變數的指派，也能用於Expression Tree變數的指派。

2.陳述式Lambda(input-parameters) => { statement; }
不同於運算式Lambda的陳述式Lambda，必須在=>右邊的主體加上大括弧，一個陳述式Lambda可以擁有複數的陳述式，而且根據回傳簽章必須明確的做出回傳的陳述式。

        public delegate int MyDelegate(int x);
        public delegate int MyDelegate2(int x,int y);
        public delegate void MyVoidDelegate(object o);
        static void Main(string[] args)
        {
            MyDelegate mydelegate = x => { return x + 1; };
            MyDelegate2 mydelegate2 = (x,y) => { return x + y + 1; };
            MyVoidDelegate myVoidDelegate = o => { Console.WriteLine(o); };
        }

陳述式Lambda只能用於委派變數的指派，不能用於Expression Tree變數的指派，一個運算式Lambda要化為一個陳述式Lambda非常簡單，只要加上大括弧在根據簽章決定要不要回傳即可，除此之外陳述式Lambda也能在參數的部分直接指明型態(int x)=>{return x+1;}。

LambdaExpression的出現，更簡潔的語法完全的取代了Anonymous Function，官網中甚至建議在C#3.0以後只要使用Lambda Expression就好，也把Lambda Expression、Anonymous Function一起重新統稱叫做匿名方法Anonymous Function，而delegate (參數型態 參數名稱) { 方法內容 };的方法已經不需要在使用我們只要看得懂、知道觀念、知道這一段發展的黑歷史就好了。

至此為止，委派的介紹已經快要結束，實際上現在的委派還是不太好用不太直覺，下一篇中將會介紹C#委派的完成體，Func<>、Action<>是如何配合Lambda成為一個C#中強大的功能與顯著的特色。

總結來講:

1. 微軟為了委派(delegate)變數宣告的方便，在C#2.0中發展出Anonymous Function的語法。
2. 隨後在C#3.0隨著Linq推出更簡潔的Lambda Expression完全取代Anonymous Function。
3. 現在Lambda Expression、Anonymous Function一起重新統稱叫做匿名方法Anonymous Function。
4. Lambda Expression分為運算式Lambda(Expression Lambdas)，與陳述式Lambda(Statement Lambdas)，兩者都能用於委派的指派但只有運算式Lambda可以用於表達式樹的指派(Expression Tree)。

進階 -- 為什麼不能使用var隱含類型宣告委派

如果今天我們的了一種，不行!不用關鍵字var來宣告一定會死的病。

委派執行個體變數其實也是可以使用var關鍵字來宣告的。

1.直接使用方法名稱直接指派給宣告委派執行個體變數

var del =ToString;

會發現錯誤訊息，方法群組不能指派給隱含類型變數。
因為ToString代表的不只是一個方法，他可能代表著一個或數個方法多載(overload)集合的群組，曾做方法群組，就算右式給的是自訂義的方法，已經確定了沒有多載，編譯器(compiler)還是無法確定我們之後會不會用這個自訂義的方法名稱去擴充多載。
錯誤原因:編譯器不知道我們的委派最後會是方法群組中的哪個方法

2.使用Lambda來指派委派執行個體變數

經歷1.的錯誤後那我們避開使用方法群組來指派var宣告委派，直接使用Lambda表達來指派。

var del = x=>x+1
var del = x=>{return x+1;};

很明顯的可以看出，我們根本無法判斷del後面的委派到底是什麼類型。
錯誤原因:編譯器不知道我們參數類型，或是回傳型態。

3.明確給予參數類型與回傳型態的匿名方法來指派

到這我們就是不信邪，那我們給變數執行個體var直接指派時就告訴他型態怎麼樣?

var del = (int x)=>{return x+1;}
var del = delegate(int x){return x+1;}

結果還是錯誤，我們都已經明確告知型態了怎麼還是不行呢。

最後這一個範例牽扯到的問題比較深跟編譯器運行的設計有關，到這邊的探討為止，我們可以發現前兩種情況是錯的而第三種情況似乎是可行的，但總地而言這三種都是類似的寫法，今天一種類似的寫法可能有時候可行有時不行，如果編譯器要針對這些情況去判讀哪些是可行的而那些是不行的，所花的代價遠遠遠遠遠大於為了讓我們少打幾個字(Ide還會幫我們做)，這就是為什麼不建議使用var來宣告委派執行個體的原因。

所以當然爾，假如我們一開始告訴編譯器明確的委派簽章。

            var del = (MyStringDelegate)Console.WriteLine;
            var del2 = (MyDelegate)(x=> x+ 1);
            var del3 = (MyDelegate)(x => { return x + 1; });
            var del4 = (MyDelegate)(delegate(int x){ return x + 1; });

            var del = (Action<string>)Console.WriteLine;
            var del2 = (Func<int, int>)(x => x + 1);
            var del3 = (Func<int, int>)(x => { return x + 1; });
            var del4 = (Func<int, int>)(delegate (int x) { return x + 1; });

這時候，我們最終就能以var完成委派執行個體的宣告。
各種var宣告委派執行個體變數一次Show。



小小心得

若有謬誤

歡迎底下留言指正


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參考:
https://docs.microsoft.com/zh-tw/dotnet/csharp/programming-guide/statements-expressions-operators/lambda-expressions