C#复习笔记（4）--C#3：革新写代码的方式（查询表达式和LINQ to object（下））

查询表达式和LINQ to object（下）

连接

LINQ中的连接与Sql上面的连接的概念相似，只不过LINQ上面的连接操作的序列。LINQ有三种各类型的联结，但并不是都是用join关键字，首先来看与sql中的内连接（inner join）相似的join联结。

关于连接，我准备先说一个最重要的结论：①使用join的连接（内连接）左边会进行流式传输，而右边会进行缓冲传输，所以，在连接两个序列时，应该尽可能的将较小的那个序列放到连接的右侧。②使用join...into的连接（左连接）与内连接一样，分组连接要对右边序列进行缓冲，而对左边序列进行流处理。③多个from子句的连接（交叉联接）的执行完全是流式的。这个结论很重要，所以我准备在章节中多次提及。

勘误：MSDN文档在描述计算内联结的jon方法时，将相关的序列称作inner和outer（可以查看IEnumerable<T>.Join()方法。）。这个只是用来区分两个序列的叫法而已，不是真的在指内联结和外联结。对于IEnumerable<T>.Join()来说，outer是指Join的左边，inner是指Join的右边。

使用join做内连接

特点：延迟执行，右边序列缓冲执行，左边序列流式执行。会被编译器转译为Join()

首先看一下join的语法：

left-key-selector的类型必须要与right-key-selector的类型匹配（能够进行合理的转换也是有效的），意义上面来说也要相等，我们不能吧一个人的出生日期和一个城市的人口做关联。

联结的符号是”equals“而不是“=”或者“==”。

我们也完全有可能用匿名类型来作为键， 因为匿名类型实现了适当的相等性和散列。 如果想创建一个多列的键， 就可以使用匿名类型。

实例：

static void Main(string[] args)
        {
            var query = from defect in SampleData.AllDefects
                        join subscription in SampleData.AllSubscriptions
                            on defect.Project equals subscription.Project
                        select new { defect.Summary, subscription.EmailAddress };
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine($"{item.EmailAddress}-{item.Summary}");
            }
            Console.ReadKey();
        }

我们通常需要对序列进行过滤，而在联接前进行过滤比在联接后过滤效率要高得多。

static void Main(string[] args)
        {
            var query = from defect in SampleData.AllDefects
                        where defect.Status==Status.Closed
                        join subscription in SampleData.AllSubscriptions
                            on defect.Project equals subscription.Project
                        select new { defect.Summary, subscription.EmailAddress };
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine($"{item.EmailAddress}-{item.Summary}");
            }
            Console.ReadKey();
        }

我们也能在join右边的序列上执行类似的查询，不过稍微麻烦一些：

static void Main(string[] args)
        {
            var query = from subscription in SampleData.AllSubscriptions
                join defect in (from defect in SampleData.AllDefects
                        where defect.Status == Status.Closed
                        select defect) on
                    subscription.Project equals defect.Project
                select new {subscription.EmailAddress, defect.Summary};
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine($"{item.EmailAddress}-{item.Summary}");
            }
            Console.ReadKey();
        }

内联被编译器转译后的结果如下：

用于LINQ to object的重载签名如下：

当联接的后面不是select子句时，C#3编译器就会引入透明标识符，这样，用于两个序列的范围变量就能用于后面的子句，并且创建了一个匿名类型，简化了对resultSelector参数使用的映射。然而，如果查询表达式的下一 部分是select子句，那么select子句的投影就直接作为resultSelector参数—— 当你可以一步完成这些转换的时候，创建元素对，然后调用Select是没有意义的。你仍然可以把它看做是“select” 步骤所跟随的“join” 步骤， 尽管两者都被压缩到了一个单独的方法调用中。在我看来，这样在思维模式上更能保持一致，而且这种 思维模式也容易理解。除非你打算研究生成的代码，不然可以忽略编译器为你完成的这些优化。令人高兴的是，在学懂了内联接的相关知识后，下一种联接类型就很容易理解了。

使用join... into子句进行分组连接

特点：相当于sql的左连接。延迟执行。右边的序列缓冲执行，左边的序列流式执行。

分组联接结果中的每个元素由左边序列（使用它的原始范围变量）的某个元素和右边序列的所有匹配元素的序列组成。

我们吧之前的例子改成分组联接：

 static void Main(string[] args)
        {
            var query = from defect in SampleData.AllDefects
                join subscription in SampleData.AllSubscriptions
                    on defect.Project equals subscription.Project
                    into groupedSubscriptions
                select new {Defect = defect, Subscriptions = groupedSubscriptions};
            foreach (var itemOuter in query)
            {
                Console.WriteLine(itemOuter.Defect.Summary);
                foreach (var itemInner in itemOuter.Subscriptions)
                {
                    Console.WriteLine(itemInner.EmailAddress);
                }

                Console.WriteLine("--------------------");
            }

            Console.ReadKey();
        }

每个条目的Subscriptions都是一个内嵌的序列。该序列包含了匹配defect的所有subscription。

分组连接和普通分组（下面会讲这个group....by的连接），对于分组连接来说，在左边序列和结果序列之间是一对一的对应关系， 即使左边序列中的某些元素在右边序列中没有任何匹配的元素， 也无所谓。 这是非常重要的， 有时会用于模拟SQL的左外联接。在左边元素不匹配任何右边元素的时候，嵌入序列就是空的。

下面是一个按时间进行累计的例子：

static void Main(string[] args)
        {
            var dates = new DateTimeRange(SampleData.Start, SampleData.End);
            var query = from date in dates
                        join defect in SampleData.AllDefects on date equals defect.Created.Date
                            into defectDate
                        select new { Date = date, Count = defectDate.Count() };
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine($"{item.Date}---{item.Count}");
            }

            Console.ReadKey();
        }

上面的例子使用了书上的样例。

编译器将分组联接转译为简单地调用GroupJoin方法，就像Join一样。Enumerable.GroupJoin的签名如下：

这个方法签名和内联接的方法签名非常相似，只不过resultSelector参数必须要用于处理右边元素的序列，不能处理单一的元素。同内联接一致，如果分组联接后面紧跟着select子句，那么投影就用作GroupJoin调用的结果选择器， 否则，就引入一个 透明标识符。在这个 例子中，分组联接之后紧接着select子句，所以转译后的查询如下：

使用多个from子句的交叉联接

特点：相当于sql的交叉连接。延迟执行。完全的流式执行。

交叉联接的结果和SQL的笛卡儿积一样，是从两个序列中找出所有可能的匹配结果：

 static void Main(string[] args)
        {
            var query = from firstNumber in Enumerable.Range(, )
                from secondNumber in Enumerable.Range(, )
                select new
                {
                    firstNumber,
                    secondNumber
                };
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine($"{item.firstNumber}--{item.secondNumber}");
            }

                  Console.ReadKey();
        }

上面输出的结果是firstNumber序列中的结果乘以secondNumber序列中的结果，一共是2*2=4个结果。

交叉联接就是通过多个from子句来进行交叉匹配的——前两个from子句的匹配结果在和第三个from子句继续交叉，以此类推。

交叉联接非常像笛卡儿积，但是它更加强大：在任意特定时刻使用的右边序列依赖于左边序列的“当前” 值。也就是说，左边序列中的每个元素都用来生成右边的一个序列，然后左边这个元素与右边新生成序列的每个元素都组成一对。这并不是通常意义上的交叉联接，而是将多个序列高效地合并（flat）成一个序列。不管我们是否使用真正的交叉联接，查询表达式的转译是相同的， 所以为了理解转译过程，我们需要研究一下更复杂的情形。

static void Main(string[] args)
        {
            var query = from firstNumber in Enumerable.Range(, )
                        from secondNumber in Enumerable.Range(, )

                       select new
                   {
                       firstNumber,
                       secondNumber
                   };

var anotherQuery = Enumerable.Range(, 2).SelectMany(a => Enumerable.Range(1, 1), (b, c) => new {b, c}); 
foreach (var item in anotherQuery) { Console.WriteLine($"{item.b}--{item.c}"); }
Console.ReadKey(); }

上面的代码段中query是查询表达式，anotherQuery是查询表达式转译后的代码，二者的输出完全一致。下面是Enumerable.SelectMany的方法签名：

和其他联接一样，如果查询表达式中联接操作后面紧跟的是select子句，那么投影就作为最后的实参；否则，引入一个透明标识符，从而使左右序列的范围变量在后续查询中都能被访问。

SelectMany的一个有意思的特性是，执行完全是流式的——一次只需处理每个序列的一个元素，因为它为左边序列的每个不同元素使用最新生成的右边序列。把它与内联接和分组联接进行比较，就能看出：在开始返回任何结果之前，它们（内联接和分组联接）都要完全加载右边序列。你应该在心中谨记如下问题：序列的预期大小，以及计算多次可能的资源开销，何时考虑要使用哪种类型的联接，哪个作为左边序列，哪个作为右边序列。

SelectMany的合并行为是非常有用的。例如，你可能需要处理大量日志文件，每次处理一行。几乎不用花太多力气，我们就能处理所有行的无缝序列。在可下载的源代码中（C# in depth，网上有源代码，百度吧）有下面伪代码的完整版本，其完整的含义和有效性已经非常清晰：

在短短的5行代码中，我们检索、解析并过滤了整个日志文件集，返回了表示错误的日志项的序列。至关重要的是，我们不会一次性向内存加载单个日志文件的全部内容， 更不会一次性加载所有文件——所有的数据都采用流式处理。

还有一个好的例子是将一个字符串数组分解成一个char数组

分组（group......by）和延续(into子句)

分组

特点：被转译为GroupBy()。延迟执行。缓冲执行。

分组的语法是:group projection by grouping

该子句与select子句一样，出现在查询表达式的末尾。但它们的相似之处不止于此：projection表达式和select子句使用的投影是同样的类型。只不过生成的结果稍有不同。

grouping表达式通过其键来决定序列如何分组。整个结果是一个序列，序列中的每个元素本身就是投影后元素的序列，还具有一个 Key属性，即用于分组的键；这样的组合是封装在IGrouping<TKey,TElement>接口中的，它扩展了IEnumerable <TElement>。同样，如果 你想根据多个值来进行分组，可以使用一个匿名类型作为键。

 static void Main(string[] args)
        {
            var query = from defect in SampleData.AllDefects
                        where defect.AssignedTo != null
                        group new{defect.Status,defect.Summary} by defect.AssignedTo;
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine(item.Key.Name);
                foreach (var defect in item)
                {
                    Console.WriteLine($"     {defect.Status} ({defect.Summary})");
                }
            }
            Console.ReadKey();
        }

请注意group new{defect.Status,defect.Summary} by defect.AssignedTo;这个group后面跟的这个new{defect.Status,defect.Summary}就是投影，如果有需要的话，和select一样，可以用一个匿名对象来进行横向的缩小序列。

by后面定义的是要作为分组的键（key）。还可以在by后面跟一个匿名类型，如果你有这个需求的话。

注意，分组无法对结果进行流处理，因为要进行分组，它会对每个元素应用键选择和投影，并缓冲被投影元素的分组序列。尽管它不是流式的，但执行仍然是延迟的，直到开始获取其结果。

分组（group...by）和分组联接(join...into)在功能上面很相似，但是有一个需要注意的地方是分组联接(join...into)会显示左边序列的所有元素，不管左边序列中的元素有没有匹配到东西，这个很像SQL中的左联接，而分组(group...by)则不是。

分组（group...by）被转译成GroupBy。很简单，不说了。

查询延续

到目前为止，我们的查询表达式以至于整个表达式都是以select或group...by子句作为结尾。而有些时候，你也许打算对结果进行更多的处理——此时，就可以用到查询延续。

查询延续提供了一种方式，把一个查询表达式的结果用作另外一个查询表达式的初始序列。它可以应用于group...by和select子句上，语法对于两者是一样的——你只需使用上下文关键字into，并为新的范围变量提供一个名称就可以了。范围变量接着能用在查询表达式的下一部分。

C#语言规范在解释这个术语时，将它从这种形式:

转译为

下面是一个例子：

 static void Main(string[] args)
        {
            var query = from defect in SampleData.AllDefects
                where defect.AssignedTo != null
                group defect by defect.AssignedTo
                into grouped
                select new { Ass=grouped.Key,Count=grouped.Count()};
            foreach (var item in query)
            {
                Console.WriteLine(item.Ass+"-"+item.Count);
            }
            Console.ReadKey();
        }

延续的前提是使用into来将前面投影的结果作为范围变量进行了传递。上述代码是用另外一个投影（select new { Ass=grouped.Key,Count=grouped.Count()};）来延续分组结果。

按照规范，上述的查询表达式被转译为下述：

接着，又会被转译为这样：

理解延续的另一种方式是， 可以把它们看做两个分开的语句。从实际编译器转译的角度看，这不够准确，不过我发现这样可以更容易明白所发生的事情。在这个例子中，查询表达式（以及对query变量进行分配的表达式）可以看做是如下两个语句：

如果你发现这样更容易阅读的话也可以在代码中做这样的拆分，并且在你开始执行前，不会执行任何计算。

注意：join ... into不是延续 　 你很容易掉进这样的陷阱， 即看到了上下文关键字into，就认为这是查询延续。对于联接来说，这是不对的。用于分组联接的join ...into子句不能形成一个延续的结构。主要的区别在于，在分组联接中，你仍然可以使用所有的早期范围变量（ 用于联接右边名称的范围变量除外）。而对比本节的查询不难发现，延续会清除之前的范围变量，只有在延续中声明的范围变量才能在供后续使用。

在查询表达式和点标记之间做出选择

正如我们在本章看到的，查询表达式在编译之前，先被转译成普通的C#。用普通的C#调用LINQ查询操作符来代替查询表达式，这种做法并没有官方名称，很多开发者称其为点标记（dot notation）。每个查询表达式都可以写成点标记的形式，反之则不成立：很多LINQ操作符在C#中不存在等价的查询表达式。最重要的问题是：什么时候使用哪种语法？（when,which）

最明显的必须使用点标记的情形是调用Reverse、ToDictionary这类没有相应的查询表达式语法的方法。然而即使查询表达式支持你要使用的查询操作符，也很有可能无法使用你想使用的特定重载。

我总结的一些使用查询表达式要优于使用点标记操作符的地方如下：

存在表（序列）的联接的地方，并且需要使用let操作符定义一个透明标识符的时候。

排序，复杂的排序。