【C#夯实】我与接口二三事：IEnumerable、IQueryable 与 LINQ
序
学生时期，有过小组作业，当时分工一人做那么两三个页面，然而在前端差不多的时候，我和另一个同学发生了争执。当时用的是简单的三层架构（dll、bll、ui），我个人觉得各写各的吧，到时候合并，而他觉得应该把底层先写好，他好直接调用中间层的方法。
到出来工作之后，接触接口，想整理一下这个：接口到底是个什么概念呢？
需要说明一点的是，我这里说的接口，不是api那个接口，而是“暂时没实现”那个接口。
刚接触接口类型的时候，还不太熟练，看到返回接口类型的方法，总在奇怪，这个返回的对象怎么知道它取哪个实现？可以看一个简单的例子：
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报错 （无法创建抽象类或接口的实例） |
var test = new itestinterface(); |
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正确 |
itestinterface infa = new testinterface(); infa.func1(); |
也即，返回的类型总是具类，是确定的，方法已经实现的。
itestinterface infa = new testinterface();
其中的 itestinterface 更像一个模具，对应这个模具造型的内容，由testinerface提供。
那么，接口到底如何使用？
接口的使用，要这样看：“具备某种特征（功能）”。
例如看 itestinterface infa = new testinterface(); 其中，testinterface具备有itestinterface的特征，而itestinterface作为有某种特征（功能）的标记，它对具体如何达到这种特征（功能）是不感兴趣的，有标记就有特征。这种标记的体现，在c#里面就是继承。
说到这里，老朋友ienumerable是一定要介绍的。
一、迭代器 ienumerable
集合这种数据结构是很常见的，通常的操作是对集合的内容做筛选，或排序。ienumerable接口描述的是返回可循环访问集合的枚举数，继承这个接口，需要实现 public ienumerator getenumerator() {} 方法。
那么，ienumerator是个什么er？继承这个接口之后，ide提示需要实现的方法——
public class iterator : ienumerator
{
public object current => throw new notimplementedexception();
public bool movenext() { … }
public void reset() { … }
}
有一个当前对象，一个是否能指向下一个的判断，还有一个重置。那么，可以想象迭代器应该是这样用的：
iterator iterator = new iterator();
while (iterator.movenext())
{
// get iterator.current to do something..
console.writeline(iterator.current.tostring());
}
但这看起来，并不太聪明，或者这样使用比较“合理”：
是不是get到了某种真相？foreach里面接受的是ienumerable对象，并且会在此处调用到getenumerator去得到enumerator。那么到底public ienumerator getenumerator(){}要怎么实现呢，c# 2已经提供了yield语句简化迭代器。
public class iterationsample : ienumerable
{
public ienumerator getenumerator()
{
for (int index = 0; index < values.length; index++)
{
yield return values[(index + startingpoint) % values.length];
}
}
public object[] values;
public int startingpoint;
public iterationsample(object[] values, int startingpoint)
{
this.values = values;
this.startingpoint = startingpoint;
}
}
再来使用enumerator：
object[] objs = new object[]{"a", "b", "c", "d"};
iterationsample sam = new iterationsample(objs, 0);
foreach (var str in sam)
{
// do something..
}
可以想象，yield是个怎么样的存在，“一次一次返回”这是我对yield的第一印象描述。但总觉得还是有些说不清楚，这种时候还是得看看书：
“yield return 语句指表示 ’暂时地’ 退出方法——事实上，可以把它当做暂停”，
既然有这种说法，那还得给出个demo[1]，关于怎么个“暂停”。
（这里悄咪咪用c# 6的新语法using static system.console; 实在懒得打 console.writeline();）
class program
{
static void main(string[] args)
{
ienumerable<int> iterable = createenumerable();
ienumerator<int> iterator = iterable.getenumerator();
writeline("starting to iterate");
while (true)
{
writeline("calling movenext()..");
bool result = iterator.movenext();
writeline($"movenext result = {result}");
if (!result) break;
writeline("fetching current..");
writeline($"..current result = {iterator.current.tostring()}");
}
readline();
}
static readonly string padding = new string(' ', 30);
static ienumerable<int> createenumerable()
{
writeline("start of createenumerable()");
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
writeline($"{padding} about to yield {i}");
yield return i;
writeline($"{padding} after yield");
}
writeline($"{padding} yielding final value");
yield return -1;
writeline($"{padding} end of createenumerable");
}
}
此处可以留意“after yield”是什么时候出现的，就会发现[1]：
l 在第一次调用movenext之前，createenumerable中的代码不会被调用；
l 当调用movenext时，current也同时变化；
l 在yield return的位置，代码就停止执行，在下一次调用movenext时又继续执行（再return一次）
yield的故事还没有完，此处就简短介绍。
yield return提供了逐个返回的条件，对于仅是取集合当中符合筛选条件的一项，用yield是方便的，逐个返回的情况下，不会占用过多的存储空间。但如果涉及到排序（或者比大小、最值）的问题，那必然要求集合当中的所有数据处于可用状态，这里也出现了一些传值的概念。
yield return属于延迟执行（deferred execution），延迟执行再区分为惰性求值（lazy evaluation）和热情求值（eager evaluation）。
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deferred but eager execution |
deferred and lazy execution |
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ienumerable<int> getcomputation(int maxindex) { var result = new int[maxindex]; for(int i = 0; i < maxindex; i++) { result[i] = computation(i); } foreach(var value in result) { yield return value; } } |
ienumerable<int> getcomputation(int maxindex) { for(int i = 0; i < maxindex; i++) { yield return computation(i); } } |
详见：
下面这个例子，是惰性求值，迭代器返回的值受lambda表达式控制，并且是在每一次访问到这一个“点”的时候，再去返回 “点”的处理结果。热情求值是直接返回“点”，没有再过处理。两相比较，还得看具体的编程情况以作选择，此处不赘述。
static void main(string[] args)
{
var sequence = generate(10, () => datetime.now);
foreach (var value in sequence)
writeline($"{value:t}");
}
static ienumerable<tresult> generate<tresult>(int number, func<tresult> generator)
{
for (var i = 0; i < number; i++)
{
sleep(400);
yield return generator();
}
}
（为了逻辑上的全面性，）与延迟执行相对的是立即执行（immediately execution），是一次返回就完成函数的操作。
二、迭代器 iqueryable
linq to object 是针对本地数据存储（local data store）来执行查询的，系统会根据lambda表达式里面的逻辑创建匿名的委托，并执行代码；
linq to sql 针对的是在数据库执行的，会把查询条件解析成t-sql，并且把sql语句发送给数据库引擎。
关于，自动生成sql语句这一点，可以做个尝试，例如：创建了一个ef，调试监控连接数据库后返回的变量类型。
var dbcontext = new cm_fortestentities();
var tb1 = dbcontext.tblemployees;
var tb2 = dbcontext.tblemployees.where(a => a.id == 1);
var tb3 = dbcontext.tblemployees.where(a => a.gender == "male").orderbydescending(a => a.id);
咋一看，怎么还能是不同类型？但是再看类成员，会发现一些端倪：
public abstract class dbset : dbquery, iinternalsetadapter public abstract class dbquery : iorderedqueryable, iqueryable, ienumerable, ilistsource, iinternalqueryadapter public interface iorderedqueryable : iqueryable, ienumerable
好了，终于引入到这个朋友——iqueryable，iqueryable有些什么必要实现的方法呢？
public class queryablesample : iqueryable
{
public expression expression => throw new notimplementedexception();
public type elementtype => throw new notimplementedexception();
public iqueryprovider provider => throw new notimplementedexception();
public ienumerator getenumerator()
{ throw new notimplementedexception(); }
}
iqueryable是ienumerable的孩子（iqueryable : ienumerable），它是一个有自己花样的迭代器。这个花样如何体现呢？关键还在于expression、iqueryprovider上。
从字面上来看，expression是查询条件的表达式树；那么provider就是提供数据的成员了。
public class queryablesample : iqueryable
{
public expression expression { get; }
public type elementtype => typeof(modelitem);
public iqueryprovider provider { get; }
public ienumerator getenumerator()
{
return provider.execute<ienumerable>(expression).getenumerator();
}
ienumerator ienumerable.getenumerator()
{
return getenumerator();
}
public queryablesample(iqueryprovider provider, expression expression)
{
if (provider == null)
throw new argumentnullexception("provider");
if (expression == null)
throw new argumentnullexception("expression");
provider = provider;
expression = expression;
}
}
预感中，provider会是个重要角色：
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public class queryprovider : iqueryprovider |
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iqueryable createquery(expression expression) |
return new queryablesample(this, expression); |
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iqueryable<telement> createquery<telement>(expression expression) |
return (iqueryable<telement>) new queryablesample(this, expression); |
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object execute(expression expression) |
return queryresult.execute(expression, false); |
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tresult execute<tresult>(expression expression) |
bool isenumerable = (typeof(tresult).name == "ienumerable`1"); return (tresult)queryresult.execute(expression, isenumerable); |
public class queryprovider : iqueryprovider
{
public iqueryable createquery(expression expression)
{
return new queryablesample(this, expression);
}
public iqueryable<telement> createquery<telement>(expression expression)
{
return (iqueryable<telement>) new queryablesample(this, expression);
}
public object execute(expression expression)
{
return queryresult.execute(expression, false);
}
public tresult execute<tresult>(expression expression)
{
bool isenumerable = (typeof(tresult).name == "ienumerable`1");
return (tresult)queryresult.execute(expression, isenumerable);
}
}
public sealed class queryresult
{
public static object execute(expression expression, bool isenumerable)
{ // 利用expression得到数据结果，设其为records
queryablesample records = null;
if (isenumerable)
return records.provider.createquery(expression);
else
return records.provider.execute(expression);
}
}
在github上找到了个详尽些的queryabledemo可以看： https://github.com/andreychizhov/nestqueryableprovider
三、ienumerable 与 iqueryable
下面以一个例子比较二者最大的区别[2]：
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var q = from c in dbcontext.customers where c.city == "london" select c; var finalanswer = from c in q orderby c.name select c;
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使用iqueryable<t>所内置的linq to sql机制。 （linq to sql程序库会把相关的查询操作合起来执行，仅向数据库发出一次调用，即where和orderby都是在同一次sql查询中完成。） |
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var q = (from c in dbcontext.customers where c.city == "london" select c).asenumerable(); var finalanswer = from c in q orderby c.name select c;
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把数据库对象强制转换成ienumerable形式的序列，并把排序等工作放在本地完成。 （即会把where字句后得到的结果转换成ienumerable<t>的序列，再采用linq to objects机制完成后续，排序是通过委托在本地执行。） |
注意：
两种不同的数据处理方式，依循着两套完全不同的流程。无论是用lambda表达式来撰写查询逻辑还是以函数参数的形式来表示这些逻辑，针对ienumerable<t>所设计的那些扩展方法都将其视为委托。反之，针对iqueryable<t>的那些扩展方法用的则是表达式树。【表达式树 可以把各种逻辑合并起来成一条sql语句。】
public static ienumerable<tsource> where<tsource>(this ienumerable<tsource> source, func<tsource, bool> predicate) public static iqueryable<tsource> where<tsource>(this iqueryable<tsource> source, expression<func<tsource, bool>> predicate)
如果使用ienumerable<t>，则必须在本地进行。系统把lambda表达式编译到方法里，在本地计算机上运行，这意味着无论有待处理的数据在不在本地，都必须先获取过来才行。
同时，用来支持iqueryable的那些provider未必能够完全解析每一种查询，通常这些provider只能解读几种固定的（.net framework已经实现）的运算符（方法），如果要在查询操作里面调用除此之外的其它方法，那可能就得把序列当成ienumerable来查询。
吐槽 ：emmmmmm，，，本来是想写我与接口二三事，结果竟然如此跑偏，太多细节能扣啦，知识点冥冥间也有关联，慢慢捋吧~
立flag：本月开启机器学习，今年要把c#基础篇搞定。
注释：
[1] 自《深入理解c#》（第3版）jon skeet 著 姚琪琳 译
[2] 自《effective c#》（第3版） 比尔·瓦格纳 著