了解LINQ及其内部工作机制
一、引言
LINQ，即Language-Integrated Query，是.NET平台中最强大的工具之一，它提供了一种抽象的方式来查询各种数据源的数据。换句话说，它使我们免于直接与具体的数据源打交道。每个数据源都有其语言和格式，但是有了LINQ，我们可以使用一种中心化的语言来进行数据查询，而不需要关心底层数据源的具体实现细节。本文将介绍LINQ的基本概念，并展示如何编写自定义的LINQ方法。
二、什么是LINQ？
LINQ存在于System.Linq.dll中，它是一种查询语言（库+语法）。其主要目的是提供一种一致的、声明性的、类型安全的方式来查询和操作来自各种来源的数据。
三、LINQ的种类
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LINQ to Objects
LINQ to Objects让你能够使用LINQ语法来查询内存中的集合，如数组和列表。它提供了强大的过滤、排序和分组能力，可以直接应用于这些集合上。
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LINQ to Entities
LINQ to Entities通过Entity Framework（一个ORM框架）来查询数据库。它允许你使用C#而不是SQL来编写查询，并将其转换为SQL在数据库中执行。
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LINQ to SQL
LINQ to SQL是一个提供运行时基础设施以将关系数据作为对象管理的组件。它将LINQ查询转换为SQL查询，从而直接与SQL Server数据库进行交互。
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LINQ to DataSet
LINQ to DataSet使得能够查询和操作存储在ADO.NET数据集中的数据。对于那些从数据库检索后存储在内存中的断开连接的数据特别有用。
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LINQ to XML
LINQ to XML提供了查询和操作XML数据的能力。它简化了处理XML文档的工作，提供了一种更为易读和简洁的方式来处理XML数据。
四、常用的LINQ方法
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Where: 根据谓词过滤元素。 -
Select: 投影每个元素到新的形式。 -
OrderBy: 按升序/降序对元素进行排序。 -
GroupBy: 根据共享属性对元素进行分组。 -
Join: 基于键连接两个序列。
五、LINQ查询方式
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查询语法或语言级语法
这种语法通常被称为“类似SQL的语法”，是一种声明性的方式编写LINQ查询。
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
var evenNumbers = from num in numbers
where num % 2 == 0
select num;
foreach (var num in evenNumbers)
{
Console.WriteLine(num);
} -
方法语法
也称为“流畅语法”或“方法链”。这种语法通常更为简洁，并且在处理复杂的查询时更为强大。
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
var evenNumbers = numbers.Where(num => num % 2 == 0);
foreach (var num in evenNumbers)
{
Console.WriteLine(num);
}
六、LINQ的工作原理
LINQ的设计基于迭代元素和方法在不同时间点上的执行。
一切都始于IEnumerable和IEnumerator接口。
public interface IEnumerable
{
IEnumerator GetEnumerator();
}
public interface IEnumerator
{
object Current { get; }
bool MoveNext();
void Reset();
}
这些接口导致了一个迭代模式，该模式有助于封装所有数据源的迭代过程，特别是在LINQ to Objects中，因为已知的集合实现了这些接口。它们还提供了LINQ的基础合同。
LINQ方法是以扩展方法的形式实现的。此外，它们是基于方法的可扩展的，并且彼此之间并不耦合。但一切始于方法语法及其执行。
七、自定义LINQ方法
在这个部分，我们将通过自己的方法来扩展LINQ。
正如前面提到的，一切都始于IEnumerable。在这里，我们将实现一个通用的过滤器，选择前两个符合条件的元素。虽然这个例子很简单，但目的是理解如何自己扩展LINQ。我们将使用方法链，并为避免加载问题，需要实现我们的方法使用延迟加载。
让我们开始吧！
我们的自定义扩展类似于“Where”方法，但它有一个项目计数规则。这意味着当我们遍历数据时，我们将取前两个满足给定条件的元素。
public static class CustomEnumerableExtensions
{
public static IEnumerable<TSource> FirstTwoItems<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate)
{
if (source == null)
throw new ArgumentNullException(nameof(source));
if (predicate == null)
throw new ArgumentNullException(nameof(predicate));
return new FirstTwoItemsEnumerable<TSource>(source, predicate);
}
private sealed class FirstTwoItemsEnumerable<TSource> : IEnumerable<TSource>, IEnumerator<TSource>
{
private int _itemCount;
private int _state;
private TSource _current;
private readonly IEnumerable<TSource> _source;
private readonly Func<TSource, bool> _predicate;
private IEnumerator<TSource>? _enumerator;
public FirstTwoItemsEnumerable(IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate)
{
_source = source;
_predicate = predicate;
}
public TSource Current
{
get { return _current; }
}
object IEnumerator.Current
{
get { return _current; }
}
public void Dispose()
{
if (_enumerator != null)
{
_enumerator.Dispose();
_enumerator = null;
}
_current = default;
_state = -1;
_itemCount = 0;
}
public IEnumerator<TSource> GetEnumerator()
{
var instance = new FirstTwoItemsEnumerable<TSource>(this._source, this._predicate);
instance._state = 1;
return instance;
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
var instance = new FirstTwoItemsEnumerable<TSource>(this._source, this._predicate);
instance._state = 1;
return instance;
}
public bool MoveNext()
{
switch (_state)
{
case 1:
_enumerator = _source.GetEnumerator();
_state = 2;
goto case 2;
case 2:
while (_enumerator.MoveNext())
{
if (_itemCount == 2)
break;
TSource item = _enumerator.Current;
if (_predicate(item))
{
_itemCount++;
_current = item;
return true;
}
}
Dispose();
break;
}
return false;
}
public void Reset()
{
if (_enumerator != null)
{
_enumerator.Dispose();
_enumerator = null;
}
_current = default;
_state = 1;
_itemCount = 0;
}
}
}
为了实现延迟加载，这里有一个FirstTwoItemsEnumerable包装类来管理状态。这个类实现了IEnumerator<T>接口，使得我们的自定义方法能够按照预期工作。
八、结论
通过本教程，你已经了解了LINQ的基本概念，并学会了如何通过编写自定义扩展方法来增强LINQ的功能。使用LINQ不仅可以简化数据查询的过程，还能提高代码的可读性和维护性。