《C# 本事》摘錄：LINQ (2)

這是《C# 本事》LINQ 之章的第 2 篇摘錄，主要討論的議題是 LINQ 的延遲執行。

以下開始摘錄內容...

延遲執行

LINQ To Objects（以及其他 LINQ 提供者）有一個很重要的特性，叫做「延遲執行」（deferred execution），或稱為惰性求值（lazy evaluation）。顧名思義，就是在真正需要取用查詢結果的時候，才去執行查詢表示式。

參考底下的簡單範例：

static void Main()
{
    var numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
    
    IEnumerable<int> numberQuery = numbers.Select(num => num * 10); // 建立查詢

    numbers.Remove(2);  // 移除「來源集合」中的元素 2

    foreach (var num in numberQuery)    // 這裡才會執行查詢表示式
    {
        Console.Write(num + " ");   // 輸出 "10 30"
    }
}

此範例是使用 LINQ 擴充方法來建立查詢，其中使用了 `Select()` 將集合中的每個元素轉換成另一個數值（稍後會進一步介紹 Select 的用法）。

第 5 行：針對整數陣列 numbers 建立查詢時，僅使用了 Select() 方法來進行投射，而投射的結果所返回的物件會是一個 IEnumerable<int> 序列。傳入 Select() 方法的委派會將元素值乘以 10 之後再回傳。
第 7 行：將整數串列 numbers 裡面的元素 2 移除。
第 9 行：此迴圈在巡覽 numberQuery 序列時會執行查詢。

請注意，如果第 5 行所建立的查詢是立刻執行的話，最後輸出在螢幕上的結果應該會是 "10 20 30"。然而，由於延遲執行查詢的緣故，須等到程式執行至第 9 行的迴圈時，才會真正執行先前所建立的查詢；此時由於查詢的資料來源 numbers 串列中的第二個元素已經被移除，故最終輸出的結果是 "10 30"。

由此可見，LINQ 的延遲執行，基本上具備兩個性質：

「建立查詢」與「執行查詢」的動作是分開的。
一旦需要讀取序列中的第一個元素，便會執行查詢。

因此，當你對一個 IEnumerable<T> 序列進行下列操作時，便會啟動查詢：

傳回單一元素或數值的操作，例如 Count()、First()、Max() 等等。
有內容轉換有關的的操作，例如：ToArray()、ToList()、ToDictionary()、ToLookup()。

重複求值

要特別注意的是，LINQ 的延遲執行在某些場合反而會造成重複求值（evaluation）的問題。請看底下的範例：

static void Main()
{
    var numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };

    IEnumerable<int> numberQuery = numbers.Select(num => num); // 建立查詢

    for (int i = 1; i <= 3; i++)
    {
        Console.WriteLine($"第 {i} 次迴圈, 共 {numberQuery.Count()} 個元素");
        numbers.RemoveAt(0);  // 注意這裡移除的是來源串列中的元素
    }
}

你可以看到，由於延遲執行的緣故，每一次呼叫 `Count()` 方法就會執行一次查詢，所以每次的查詢結果都會隨著資料來源內容的變化而不同。這種情形通常不是我們想要的。

一般而言，我們會先把查詢結果轉換成串列（或陣列），然後才去改變串列中的元素。像這樣：

你可以看到，由於延遲執行的緣故，每一次呼叫 `Count()` 方法就會執行一次查詢，所以每次的查詢結果都會隨著資料來源內容的變化而不同。這種情形通常不是我們想要的。一般而言，我們會先把查詢結果轉換成串列（或陣列），然後才去改變串列中的元素。像這樣：

    var numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
    var numberQuery = numbers.Select(num => num); // 建立查詢。
    var numberList = numberQuery.ToList();  // 執行查詢，並將查詢結果轉成一個串列。
    numberList.Remove(0); // 往後只存取這個串列，而不再去操作 numberQuery，以避免重複執行查詢。

小測驗

底下的程式碼執行完畢之後，螢幕上會輸出什麼？

   var numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
   var query = numbers
               .Where(n => n > 3)
               .Select(n =>
               {
                   Console.WriteLine(n);
                   return n;
               });

答案是沒有輸出任何東西。若你對此答案心存疑慮，請回頭複習〈延遲執行〉一節的內容。

下回預告：LINQ API 實務練習

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Happy learning!

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