C# .NET中的Func、Predicate和Expression详解

在C# .NET中，Func、Predicate和Expression是三种常用的委托和表达式类型，它们在编写灵活、可重用的代码时非常有用。本文将详细介绍这三种类型，并提供多个实例来说明它们的用法和区别。

1. Func<T, TResult>

Func是一个通用委托，它可以接受零个或多个输入参数，并返回一个值。其基本形式为：

C#
public delegate TResult Func<out TResult>();
public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg);
public delegate TResult Func<in T1, in T2, out TResult>(T1 arg1, T2 arg2);
// ... 最多可以有16个输入参数

示例1：基本用法

C#
Func<int, int, string> formatNumber = (a, b) => $"The sum of {a} and {b} is {a + b}";
string result = formatNumber(5, 3);
Console.WriteLine(result);

示例2：作为方法参数

C#
public static List<int> FilterList(List<int> numbers, Func<int, bool> filterFunc)
{
    return numbers.Where(filterFunc).ToList();
}

static void Main(string[] args)
{
    // 使用
    List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    List<int> evenNumbers = FilterList(numbers, n => n % 2 == 0);
    Console.WriteLine(string.Join(", ", evenNumbers));
}

2. Predicate

Predicate是一个特殊的Func，它始终返回一个布尔值。它通常用于定义过滤条件。

C#
public delegate bool Predicate<in T>(T obj);

示例3：使用Predicate

C#
static void Main(string[] args)
{
    List<string> fruits = new List<string> { "apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry" };

    Predicate<string> startsWithB = s => s.StartsWith("b", StringComparison.OrdinalIgnoreCase);
    string bFruit = fruits.Find(startsWithB);

    Console.WriteLine(bFruit);
}

示例4：Predicate vs Func

C#
static void Main(string[] args)
{
    // 使用Predicate
    Predicate<int> isEven = n => n % 2 == 0;
    List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    List<int> evenNumbers = numbers.FindAll(isEven);

    // 使用Func
    Func<int, bool> isOdd = n => n % 2 != 0;
    List<int> oddNumbers = numbers.Where(isOdd).ToList();

    Console.WriteLine($"Even numbers: {string.Join(", ", evenNumbers)}");
    Console.WriteLine($"Odd numbers: {string.Join(", ", oddNumbers)}");
}

3. Expression

Expression表示一个可以编译和执行的代码块。它们通常用于构建动态查询、规则引擎或者在运行时修改代码行为。

示例5：基本Expression

C#
static void Main(string[] args)
{
    Expression<Func<int, bool>> isPositive = n => n > 0;

    // 编译并执行Expression
    Func<int, bool> compiledFunc = isPositive.Compile();
    bool result = compiledFunc(5);
    Console.WriteLine(result);
}

示例6：构建动态查询

C#
public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

public static Expression<Func<Person, bool>> BuildAgeRangeExpression(int minAge, int maxAge)
{
    ParameterExpression parameter = Expression.Parameter(typeof(Person), "p");
    Expression left = Expression.Property(parameter, "Age");
    Expression minAgeCheck = Expression.GreaterThanOrEqual(left, Expression.Constant(minAge));
    Expression maxAgeCheck = Expression.LessThanOrEqual(left, Expression.Constant(maxAge));
    Expression combinedCheck = Expression.AndAlso(minAgeCheck, maxAgeCheck);

    return Expression.Lambda<Func<Person, bool>>(combinedCheck, parameter);
}

static void Main(string[] args)
{
    // 使用
    List<Person> people = new List<Person>
    {
        new Person { Name = "Alice", Age = 25 },
        new Person { Name = "Bob", Age = 30 },
        new Person { Name = "Charlie", Age = 35 },
        new Person { Name = "David", Age = 40 }
    };

    var ageRangeExpression = BuildAgeRangeExpression(28, 38);
    var filteredPeople = people.AsQueryable().Where(ageRangeExpression);

    foreach (var person in filteredPeople)
    {
        Console.WriteLine($"{person.Name} - {person.Age}");
    }
}

总结

Func<T, TResult> 是一个通用委托，可以接受多个输入参数并返回一个值。它非常灵活，适用于多种场景。
Predicate 是Func的一个特例，专门用于返回布尔值的情况。它通常用于定义过滤条件。
Expression 表示可编译和执行的代码块。它允许在运行时检查、修改和编译代码，特别适用于构建动态查询和规则引擎。

这三种类型在C# .NET编程中扮演着重要角色，能够帮助开发者编写更加灵活、可重用和高效的代码。根据具体的使用场景，选择合适的类型可以大大提高代码的表现力和可维护性。

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