VS2008亮点：用Lambda表达式进行函数式编程

Visual Studio 2008正式发布了，我们.NET开发者也走进了新的.NET 3.5时代。相对于.NET 3.0中的Foundations，3.5的改进更注重编码体验了。新的Linq系列语法和Linq to Sql、Linq to Xml大大改变了我们访问数据的方式。但是纵观Linq系列语法，影响最大的要数Lambda表达式。虽然从渊源来讲Lambda表达式就是匿名函数的简化表示方法，但谁也想不到这一小小的语法给我们带来了整个Linq与众不同的查询式语法。

　　Linq这种类似于SQL的语言，含有很多通常我们传统语言所不具备的要素。比如我们可以用一条语句将规则作用于整个集合之上，而规则则是通过表达式来传递的。也就是说我们编写这样的语句时，查询中的表达式并不立即执行，而是之后对整个集合的每个元素进行分别调用。这里面一个重要的思想就是我们将运算规则传递给了查询语句，而不是表达式的值或结果。这种思想在函数式语言中尤为重要，我们通过函数为媒介，用组合与递归的方式将运算规则逐渐抽象为一个完整的应用程序。

　　当然，整个函数式编程范式与我们所熟悉的命令式语言都是不同的，这里我们仅讨论函数式编程的一些思想，希望能够启发思考，或作为命令式编程的一种补充来使用。其实我们在编写Linq代码中已经用到了函数式编程的思想：
int[] a;

a.Where(i =＞ i ＞0).Select(i =＞ i * 2);
　　这里，Where函数将我们用Lambda表达式传递的运算规则作用于a[]的每一个元素上，然后返回满足条件的所有元素。这就是一种筛选操作。而Select函数则将规则作用于集合的每一个元素后返回新值组成的集合。这是一种映射操作。

　　C#简短的Lambda语法为我们编写类似的逻辑提供了很大的方便。不过呢，从下面开始，我将使用Visual Basic 2008的Lambda表达式继续讨论。有人可能奇怪为什么不继续使用C#了呢，下面我就会介绍VB2008编写函数式编程的独特之处。即使您用C#，我仍建议您往下看完，您会看到有些程序用VB来写更容易想清楚；而C#的对应做法下面也会有小小的挑战等着您。

　　首先我们熟悉一下VB2008的Lambda表达式语法。它由两个部分组成：
Function(参数列表)表达式

Function(a) a + 1 "等于C#的 a =＞ a + 1
Function(a As Integer) a + 1 "显式指定类型
Function(a, b) a + b "两个或多个参数

　　如您所见，和普通的函数声明相比，它只是没有函数的名字，以及不需要使用Return语句而已。注意VB的Lambda表达式只能使用单行表达式作为函数体，而且必须有返回值，C#的Lambda表达式是没有这些限制的。接下来就是重头戏，VB2008的Lambda表达式拥有一些C#3.0所不具备的突出特性，使得它成为我们学习函数式编程的首选：

　　1.匿名委托特性
　　VB2008支持一种称作匿名委托的特性。请不要和匿名函数的概念弄混，有些人喜欢把C#的匿名方法教成匿名委托，实际上两者并不相同。VB2008可以根据Lambda表达式的签名，自动生成委托的定义。也就是说在VB中使用Lambda表达式，不用事先声明接受它的委托类型。这使得VB的Lambda表达式更像变量，而不是函数。
Dim f = Function(i) i + 1

　　无需声明f的类型，它自动从Lambda表达式推导
f(2) 调用，结果为3

　　而C#则需要显式定义委托的类型，是不能用var f = (int i) =＞ i + 1; 的形式来定义Lambda表达式变量的。后面我们会看到Lambda表达式的类型令人惊奇地复杂，以至于要显式声明有时会过于困难。而且匿名委托带来的好处绝不仅仅只有这一点……。

　　2.声明同时调用
　　拜匿名委托所赐，VB的Lambda表达式在任何时候都具有可调用的语义，即使是刚刚声明出来：
Dim result = (Function(a, b) a + b)(1, 2)
result结果为3

　　这种即时调用的用法实现某些逻辑的时候提供了极大的方便。而C#的Lambda表达是不具备即时调用的能力，必须用一个已知委托类型的变量接受它，然后才能通过委托变量调用。

　　3.同签名委托间的类型转换

　　这是一个VB编译器帮忙实现的小特性，即如果两个委托类型的参数之间有互相兼容的特性（完全一致或可以进行转换），那么两个委托变量之间就可以直接进行类型转换。而且这个转换支持VB的隐式转换规则。后面我们会看到，这个用法对编写动态语义的函数非常有帮助。

Delegate Function A(x As Integer)As Integer
Dim x As New A(Function(i) i + 1)
Dim y As Func(Of Integer, Integer)

y = x 类型转换达成！

　　C#并不支持这种类型转换，但C#实现相同的功能也极为容易，你知道怎样写吗？不妨考虑一下。

　　以上三点特性加上VB的动态语言特性（隐式类型转换，后期绑定），使得VB的Lambda语法非常接近正牌函数式语言，比如Lisp。当然与现代函数式语言相比，这些功能还显得有些匮乏。下面我们就开始一个有趣的例子：用函数表示数据。Lambda函数的语法能够从表达式所在的上下问中捕获变量，这种称之为“闭包(Closure)”的特性使得函数具有表示数据的能力。例如我们不用Structure或Class之类的语句，就能完全生成一种包含两个成员的对偶结构：

Dim MakePair = Function(u, v) Function(m) If(m = 0, u, v)

Dim pair = MakePair("Asdf", "231")
Console.WriteLine(pair(0)) "第一个字段
Console.WriteLine(pair(1)) "第二个字段

　　您可以看到，MakePair不仅仅自己是一个函数，它调用之后还会返回另一个函数，而后者则捕获了MakePair传入的参数，形成了一个保存数据的结构体。这种返回函数的函数称作高阶函数。高阶函数就是函数式语言与普通命令式语言中函数的最大不同，它将函数的抽象能力提高了一个档次。

　　下面我们来看一个更难，更神奇的例子：怎么用Lambda表达式实现递归。众所周知，Lambda表达式是匿名函数，因此他们不能通过引用自己名字的方式进行递归。有人可能想到，将承载Lambda表达式的委托变量捕获到Lambda的闭包中实现递归，但这样违背函数式编程的精神。到底能不能实现纯粹Lambda的递归呢？答案是肯定的，但是需要一个特殊的东西——不动点组合子。

　　不动点用一句通俗的话表示就是将它作用于任何函数f后，等同于将f再次调用到整个体系本身上的效果。假设用Y表示不动点组合子，那么Y(f)的效果就等同于f(Y(f))的效果。也就是说我们把调用的体系Y(f)又完整地作为参数传递给了f函数。聪明的你就会发现，这个Y组合子可以用来实现函数的递归。只要让f的内部逻辑将自己的参数视为下一次调用的自身函数即可实现。如此神奇的Y在VB中到底是什么样子呢？如果用无类型的写法，它类似于这样：