C# 中LINQ的详细介绍

前言

  LINQ（语言集成查询）是 C# 中用于从数组、集合、数据库等数据源中进行查询和操作的强大功能。它提供了一种统一的方式来处理各种数据。

一、 LINQ 的基本概念

  LINQ 是一种编程模式，可以让开发者以一种简洁的方式查询和操作数据。它简化了对数据的查询操作，使得数据操作变得更加直接和清晰。LINQ 可以与多种数据源结合使用，包括对象、数据库、XML 和数据集。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
        var query = from n in numbers
                    where n > 2
                    select n;

        foreach (var num in query)
        {
            Console.WriteLine(num); // 输出: 3, 4, 5
        }
    }
}

二、查询语法与方法语法

  LINQ 支持两种主要的语法：查询语法和方法语法。查询语法更接近于 SQL，适合用来执行复杂的查询；方法语法基于方法链，更加灵活。两者虽然不同，但可以实现同样的功能。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<string> names = new List<string> { "Alice", "Bob", "Charlie", "Dave" };

        // 查询语法
        var querySyntax = from name in names
                          where name.StartsWith("C")
                          select name;

        // 方法语法
        var methodSyntax = names.Where(n => n.StartsWith("C"));

        Console.WriteLine("查询语法:");
        foreach (var name in querySyntax) Console.WriteLine(name); // 输出: Charlie

        Console.WriteLine("方法语法:");
        foreach (var name in methodSyntax) Console.WriteLine(name); // 输出: Charlie
    }
}

三、LINQ 的投影操作

  投影操作允许开发者选择特定的数据字段。Select 方法可以用来实现投影操作，将数据转化为新的形态。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

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

    static void Main()
    {
        List<Person> people = new List<Person>
        {
            new Person { Name = "Alice", Age = 30 },
            new Person { Name = "Bob", Age = 25 },
            new Person { Name = "Charlie", Age = 35 }
        };

        var names = people.Select(p => p.Name);

        foreach (var name in names)
        {
            Console.WriteLine(name); // 输出: Alice, Bob, Charlie
        }
    }
}

四、LINQ 的排序操作

  LINQ 允许按特定条件对数据进行排序，常用方法包括 OrderBy 和 OrderByDescending。这使得对结果进行排序变得非常简单。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    public class Product
    {
        public string Name { get; set; }
        public decimal Price { get; set; }
    }

    static void Main()
    {
        List<Product> products = new List<Product>
        {
            new Product { Name = "Laptop", Price = 999.99m },
            new Product { Name = "Smartphone", Price = 499.99m },
            new Product { Name = "Tablet", Price = 299.99m }
        };

        var sortedProducts = products.OrderBy(p => p.Price);

        foreach (var product in sortedProducts)
        {
            Console.WriteLine($"{product.Name}: {product.Price}"); // 按价格输出产品
        }
    }
}

五、LINQ 的过滤操作

  使用 Where 方法，开发者可以对数据进行筛选，只返回符合特定条件的元素。这是 LINQ 中最常用的操作之一。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
        var evenNumbers = numbers.Where(n => n % 2 == 0);
        
        Console.WriteLine("偶数:");
        foreach (var num in evenNumbers)
        {
            Console.WriteLine(num); // 输出: 2, 4, 6, 8, 10
        }
    }
}

六、LINQ 的分组操作

  GroupBy 方法允许开发者按照某个属性将数据进行分组。通过分组，开发者可以更好地分析和展示数据。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    public class Student
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Grade { get; set; }
    }

    static void Main()
    {
        List<Student> students = new List<Student>
        {
            new Student { Name = "Alice", Grade = "A" },
            new Student { Name = "Bob", Grade = "B" },
            new Student { Name = "Charlie", Grade = "A" },
            new Student { Name = "David", Grade = "C" }
        };

        var groupedStudents = students.GroupBy(s => s.Grade);

        foreach (var group in groupedStudents)
        {
            Console.WriteLine($"年级: {group.Key}");
            foreach (var student in group)
            {
                Console.WriteLine($" - {student.Name}");
            }
        }
    }
}

七、LINQ 的连接操作

  通过 Join 方法，开发者可以将两个集合连接在一起，以便进行更复杂的数据查询和处理。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    public class Student
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }

    public class Enrollment
    {
        public int StudentId { get; set; }
        public string Course { get; set; }
    }

    static void Main()
    {
        List<Student> students = new List<Student>
        {
            new Student { Id = 1, Name = "Alice" },
            new Student { Id = 2, Name = "Bob" }
        };

        List<Enrollment> enrollments = new List<Enrollment>
        {
            new Enrollment { StudentId = 1, Course = "Math" },
            new Enrollment { StudentId = 2, Course = "Science" },
            new Enrollment { StudentId = 1, Course = "Science" }
        };

        var studentEnrollments = from student in students
                                  join enrollment in enrollments on student.Id equals enrollment.StudentId
                                  select new { student.Name, enrollment.Course };

        foreach (var se in studentEnrollments)
        {
            Console.WriteLine($"{se.Name} 注册了 {se.Course}");
        }
    }
}

八、LINQ 的聚合操作

  LINQ 提供多种聚合操作，这些操作允许开发者对数据进行总结和统计。例如，Count、Sum、Max 和 Average 方法可以帮助计算某些属性的总和或平均值。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

        int sum = numbers.Sum();
        int count = numbers.Count();
        int max = numbers.Max();
        double average = numbers.Average();

        Console.WriteLine($"总和: {sum}, 个数: {count}, 最大值: {max}, 平均值: {average}");
    }
}

九、LINQ 的延迟执行

  LINQ 查询默认情况下是延迟执行的，这意味着查询并不会在声明时执行，而是在实际迭代结果时才会被执行。这使得 LINQ 更加灵活，且在未被使用时不会消耗资源。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
        var query = numbers.Where(n => n > 2);

        Console.WriteLine("查询尚未执行。");
        foreach (var num in query)
        {
            Console.WriteLine(num); // 在此时查询会被执行
        }
    }
}

十、LINQ 的错误处理

  编写 LINQ 查询时，可能会遇到异常。有效的错误处理机制是确保应用程序正常运行的关键。可以结合 try-catch 块来捕捉和处理这些异常。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = null; // 模拟空集合

        try
        {
            var query = numbers.Where(n => n > 0);
            foreach (var num in query)
            {
                Console.WriteLine(num);
            }
        }
        catch (NullReferenceException ex)
        {
            Console.WriteLine("错误: " + ex.Message);
        }
    }
}

十一、LINQ 的合并操作

  通过 Concat 和 Union 方法，LINQ 允许将多个集合连接在一起。Concat 不会移除重复项，而 Union 会移除重复项。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers1 = new List<int> { 1, 2, 3 };
        List<int> numbers2 = new List<int> { 3, 4, 5 };

        var concatenated = numbers1.Concat(numbers2);
        var unioned = numbers1.Union(numbers2);

        Console.WriteLine("连接结果:");
        foreach (var num in concatenated)
        {
            Console.WriteLine(num); // 输出: 1, 2, 3, 3, 4, 5
        }

        Console.WriteLine("联合结果:");
        foreach (var num in unioned)
        {
            Console.WriteLine(num); // 输出: 1, 2, 3, 4, 5
        }
    }
}

十二、LINQ 的自定义对象查询

  LINQ 不只局限于内置的数据类型，也可以查询自定义对象。这为开发者提供了强大的数据操作能力。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    public class Book
    {
        public string Title { get; set; }
        public string Author { get; set; }
    }

    static void Main()
    {
        List<Book> books = new List<Book>
        {
            new Book { Title = "C# in Depth", Author = "Jon Skeet" },
            new Book { Title = "Effective C#", Author = "Bill Wagner" },
            new Book { Title = "CLR via C#", Author = "Jeffrey Richter" }
        };

        var query = from b in books
                    where b.Author.Contains("C#")
                    select b;

        Console.WriteLine("包含 'C#' 的书籍:");
        foreach (var book in query)
        {
            Console.WriteLine(book.Title);
        }
    }
}

十三、LINQ 的顺序查询

  LINQ 支持按照多个字段进行排序，可以通过链式调用 OrderBy 和 ThenBy 方法实现。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    public class Employee
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Department { get; set; }
        public decimal Salary { get; set; }
    }

    static void Main()
    {
        List<Employee> employees = new List<Employee>
        {
            new Employee { Name = "Alice", Department = "HR", Salary = 70000 },
            new Employee { Name = "Bob", Department = "IT", Salary = 60000 },
            new Employee { Name = "Charlie", Department = "HR", Salary = 80000 },
            new Employee { Name = "David", Department = "IT", Salary = 90000 }
        };

        var sortedEmployees = employees.OrderBy(e => e.Department).ThenBy(e => e.Salary);

        foreach (var emp in sortedEmployees)
        {
            Console.WriteLine($"{emp.Name} - {emp.Department} - {emp.Salary}");
        }
    }
}

十四、LINQ 的集合操作

  LINQ 提供 Any、All、Contains 等方法，用于判断集合中的元素是否满足某个条件。这对于进行集合操作和条件检查非常有用。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

        bool anyGreaterThan3 = numbers.Any(n => n > 3);
        bool allGreaterThan0 = numbers.All(n => n > 0);
        bool containsTwo = numbers.Contains(2);

        Console.WriteLine($"有大于3的数: {anyGreaterThan3}");
        Console.WriteLine($"所有数都大于0: {allGreaterThan0}");
        Console.WriteLine($"包含2: {containsTwo}");
    }
}

十五、LINQ 的数据聚集

  LINQ 允许开发者轻松执行复杂的数据聚集操作，如 GroupBy 和 Aggregate 方法。特别是 Aggregate，可用于执行自定义的聚集操作。

示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

        int product = numbers.Aggregate((total, next) => total * next);

        Console.WriteLine($"所有数的乘积: {product}"); // 输出: 120
    }
}