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LinQ C# 基础：成功的基石

在我们开始在 C# 中掌握 LinQ 的激动人心的旅程之前，了解 LinQ 从何而来以及它如何适应 C# 语言环境至关重要。通过熟悉关键的 LinQ 概念和组件，我们为成功的学习和应用奠定了基础。

C# 中 LinQ 的历史和出现

如果您更喜欢直接进入实践部分，并且本文看起来不像学校历史课，请转到下一部分。

LinQ（即语言集成查询）作为 Microsoft .NET Framework 的革命性补充在 C# 3.0 中引入。通过与 C# 语言功能无缝集成，它使开发人员能够针对各种数据源编写更清晰、更具表现力和强大的查询。

在本节中，我们将深入探讨 LinQ 的起源、它的发展以及它如何影响后续的 C# 功能。我们还将探讨它对编程领域的影响以及它为 C# 中的查询和数据操作带来的各种改进。

早期：需要统一的查询语言

在引入 LinQ 之前，在 C# 中查询和操作数据是一项艰巨且杂乱的任务。开发人员必须应对多种查询语言和方法，例如用于数据库的 SQL、用于 XML 数据的 XPath 以及用于其他数据类型的自定义解决方案。

这些不同的方法缺乏与 C# 的集成，这降低了生产力并导致代码过于复杂且容易出错。

认识到对统一查询语言的需求，C# 的创建者开始开发一种功能强大、灵活且集成的解决方案，可以满足各种数据源的需求。他们设想了一种语言丰富、声明性和强类型的查询语言，该语言将利用 C# 的强大功能，并带来性能和可维护性优势。

LinQ 的诞生：C# 3.0 及其改变游戏规则的功能

2007 年 11 月，Microsoft 发布了 C# 3.0 和 .NET Framework 3.5，其中引入了多项突破性功能，包括扩展方法、匿名类型、lambda 表达式，以及最重要的 LinQ。这些创新对于使 LinQ 能够兑现其作为无缝、富有表现力和统一查询框架的承诺至关重要。

通过利用这些功能，LinQ 使开发人员能够编写更简洁、更具表现力、易于理解和维护的代码。扩展方法的引入允许在各种数据源上创建类似枚举的查询，而 lambda 表达式和匿名类型使得以更少的冗长定义和操作复杂的查询表达式成为可能。

考虑这个经典示例，它演示了 LinQ 如何简化和改进 C# 中的查询。如果没有 LinQ，从集合中检索所有偶数将需要更复杂的 foreach 循环，如下所示：

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
List<int> evenNumbers = new List<int>();

foreach (int number in numbers)
{
    if (number % 2 == 0)
    {
        evenNumbers.Add(number);
    }
}

但使用 LinQ，可以使用更加优雅和简洁的查询表达式来实现相同的结果，如下所示：

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

IEnumerable<int> evenNumbers = from number in numbers
                                where number % 2 == 0
                                select number;

LinQ 的影响：彻底改变 C# 编程环境

自诞生以来，LinQ 对 C# 编程领域产生了深远而持久的影响。它改变了开发人员思考查询的方式，将其从一系列繁琐的任务转变为编程语言的流畅且有凝聚力的部分。

此外，它还为令人兴奋的进步和增强打开了大门，例如 LINQ to Objects 提供程序中的异步查询、异步流和并行性。

此外，LinQ 的出现促进了新库的开发，例如 Entity Framework，通过丰富的数据访问和查询功能进一步扩展了 LinQ 的功能。

旅程仍在继续：不断发展和扩展 LinQ

自最初发布以来，LinQ 与 C# 和 .NET 平台一起不断发展和成长。例如，微软的 .NET Core 计划确保了 LinQ 仍然是该平台未来的重要组成部分。

语言和库中经常添加新功能和改进，使 LinQ 更加强大、适应性更强，并且对于现代开发来说是不可或缺的。

语言集成查询 (LinQ) 解释

LinQ 提供了统一的、富有表现力的语法，用于查询不同的数据类型，如内存对象、XML 数据和关系数据库。凭借其简单的可读性和编译时类型检查，LinQ 使数据处理变得方便而愉快。让我们仔细看看一些 LinQ 基础知识。

LinQ 命名空间和程序集

LinQ 可用于 .NET Framework 中的各种命名空间。您将与之交互的主要命名空间是：

System.Linq：包含可枚举集合的基本 LinQ 扩展方法

System.Data.Linq：提供 LinQ-to-SQL 组件

System.Xml.Linq：包含 LinQ 到 XML 的功能

要使用 LinQ，您只需通过在 C# 代码中添加指令来导入所需的命名空间，例如使用 System.Linq;。

LinQ 中的表达式、委托和匿名方法

表达式、委托和匿名方法是支撑 LinQ 功能的重要组件。通过了解这些概念如何交互和相互支持，您可以在 C# 开发项目中充分利用 LinQ 的强大功能。为了提供更多背景信息并更有效地说明其用法，让我们结合示例更深入地研究这些概念：

表达式

表达式是产生值的 C# 代码块。 LinQ 查询通常涉及使用谓词表达式过滤或操作数据，谓词表达式是返回 true 或 false 的条件。由于其简洁和富有表现力的性质，lambda 表达式（C# 3.0 中引入）通常用于这些场景。

简单谓词表达式的示例：

Func<int, bool> isEven = x => x % 2 == 0;

在此示例中，表达式 x => x % 2 == 0 是一个 lambda 表达式，它表示检查给定整数是否为偶数的谓词。

委托

委托是类型安全的函数指针，封装了对方法的引用。它们对于 LinQ 至关重要，因为它们提供了在查询中使用方法时所需的灵活性。

方法可以分配给委托，委托又可以用作其他方法的参数，从而有效地提供了一种“插入”功能的方法。

这允许 LinQ 查询利用自定义方法进行操作，例如根据不同的条件进行过滤、排序或分组。

考虑以下利用委托进行筛选的 LINQ 查询：

public delegate bool IsEvenDelegate(int number);

public static bool IsEven(int number)
{
    return number % 2 == 0;
}
IsEvenDelegate isEvenDel = IsEven;
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
IEnumerable<int> evenNumbers = numbers.Where(n => isEvenDel(n));

在此示例中，我们创建了一个自定义委托 IsEvenDelegate 和一个检查数字是否为偶数的方法 IsEven()。然后，我们将该方法分配给委托，并在Where 子句中使用它来从列表中过滤掉偶数。

匿名方法

匿名方法在现代 C# 中主要表示为 lambda 表达式，可以使用更简洁、更具表现力的语法来定义内联函数。这些函数被称为“匿名”，因为它们不需要显式的方法名称。

在编写 LinQ 查询时，这种简洁性尤其重要，因为它显着减少了冗长并增强了代码可读性。

考虑这个示例，该示例演示了如何通过 LinQ 中的 lambda 表达式使用匿名方法：

List<string> names = new List<string> { "Alice", "Bob", "Carol", "David" };

IEnumerable<string> namesStartingWithC = names.Where(name => name.StartsWith("C"));

在这里，我们使用 lambda 表达式 name => name.StartsWith(“C”) 作为匿名方法来过滤名称列表，仅保留以字母“C”开头的名称。与使用单独的命名方法相比，使用 lambda 表达式使查询更加直观且更易于阅读。

强势起步：用 C# 编写您的第一个 LinQ 查询

是时候直接开始编写 LinQ 查询了！在本节中，我们将详细介绍查询语法、结构以及如何过滤和转换数据等基础知识，以便您为首次尝试 LinQ 取得成功做好准备。

基本 LinQ 查询语法和结构

在 LinQ 中，查询以 from 子句开始，该子句指定您正在使用的数据源并引入查询变量作为范围变量。之后，您可以链接查询运算符（例如 where、select、group 和 order）来定义过滤器、转换和其他操作。查看此示例以了解语法：

// Query syntax example
var results = from student in students
              where student.Age > 18
              orderby student.Name ascending
              select student.Name;

C# 和 LinQ 中的隐式类型局部变量 (var)

var 关键字是与 LinQ 完美配合的一项巧妙的 C# 功能，它允许隐式类型化局部变量。为什么这很重要？打字简单！

var 关键字允许编译器推断结果类型，因此您可以专注于构建查询，而不用担心微调返回类型。

// Using var with LinQ
var studentsWithHighScores = from student in students
                              where student.Score > 80
                              select student;

From, Select, 和Where关键字的使用

Let’s delv让我们更深入地研究一下 from、select 和 where 关键字。简而言之，他们是这样做的：

From：定义数据源并引入范围变量（例如，from student in students）

Select：指定要从数据源中提取的数据（例如，select student.Name）

where：根据条件过滤数据（例如，where Student.Age > 18）

研究下面的示例，其中我们检索按升序排序的学生姓名：

// Using from, select, and where
var names = from student in students
            where student.Age > 18
            orderby student.Name ascending
            select student.Name;

现在让我们考虑一个场景，我们只想检索女学生的名字。注意where子句如何变化：

// Using from, select, and where with a different condition
var femaleNames = from student in students
                  where student.Gender == "Female"
                  orderby student.Name ascending
                  select student.Name;

过滤、投影和变换操作

您可能会想，“我如何对我的数据应用各种操作？” 嗯，有了 LinQ，可能性几乎是无限的。以下是一些需要考虑的常见操作：

过滤：使用 where 应用条件来缩小结果集范围

投影：利用 select 将数据源转换为新的格式或结构

转换：利用 group、orderby 以及连接和集合运算符对数据源进行更高级的重塑

例如，如果要获取分数高于80分的学生姓名，按年龄排序：

var highScoreNames = from student in students
                     where student.Score > 80
                     orderby student.Age
                     select student.Name;

现在假设您想按班级对学生进行分组：

var studentsByClass = from student in students
                      group student by student.Class into studentGroup
                      select new { Class = studentGroup.Key, Students = studentGroup };

在此示例中，我们使用 group 关键字根据学生的班级属性对学生数据源进行分组。然后，我们使用 select 将结果投影到一个新的匿名类型中，其中包含班级和属于该班级的学生集合。

请注意转换如何扩展 LinQ 的功能，使我们能够更有效地重组数据。

高级 LinQ 查询技术和策略

现在您已经掌握了基础知识，是时候解决更复杂的查询技术了！在本节中，我们将探讨排序、分组和聚合操作，以及如何构建动态查询以获得最大的灵活性。

排序和分组：组织数据

数据组织对于清晰度和理解至关重要。在 LinQ 中，orderby 和 groupby 提供了对数据进行排序和分类的强大方法。

orderby 关键字允许您根据指定字段以升序或降序对数据进行排序：

// Ordering data
var orderedStudents = from student in students
                      orderby student.Name
                      select student;

要按分数降序对学生进行排序，请修改 orderby 子句，如下所示：

// Ordering data by score descending
var orderedStudentsByScore = from student in students
                             orderby student.Score descending
                             select student;

另一方面，groupby 根据共享特征整合数据：

// Grouping data
var studentsGroupedByClass = from student in students
                             group student by student.Class into groupedStudents
                             select groupedStudents;

如果你想根据学生的年龄对学生进行分组，你可以简单地修改 group 子句：

// Grouping data by age
var studentsGroupedByAge = from student in students
                           group student by student.Age into groupedStudents
                           select groupedStudents

聚合运算（求和、计数、最小值、最大值、平均值）

LinQ C# 还为聚合操作提供强大的支持，例如计算总和、计数、最小值和最大值以及平均值。

// Aggregation operations example
var maxScore = students.Max(student => student.Score);
var minScore = students.Min(student => student.Score);
var averageScore = students.Average(student => student.Score);
var totalScoreSum = students.Sum(student => student.Score);
var studentCount = students.Count(student => student.Age > 18);

让我们演示一下如何获取分数在 90 分以上的学生的数量：

// Counting the number of students with scores above 90
var highScoreCount = students.Count(student => student.Score > 90);

集合运算（不同、并集、相交、例外）

管理集合？不用担心！ LinQ 已帮助您了解各种集合操作，包括：

Distinct()：删除重复值

Union()：将两个序列联合起来，不重复

Intersect()：从两个序列中检索公共元素

except()：从第一个序列中获取不在第二个序列中的元素

下面是使用 Distinct()、Union() 和 Intersect() 的示例：

// Set operations example
var firstNames = new string[] { "John", "Jane", "Jim", "Jane" };
var lastNames = new string[] { "Doe", "Smith", "Adams", "John" };

var distinctFirstNames = firstNames.Distinct(); // "John", "Jane", "Jim"
var unionNames = firstNames.Union(lastNames); // "John", "Jane", "Jim", "Doe", "Smith", "Adams"
var intersectNames = firstNames.Intersect(lastNames); // "John"

动态查询生成和执行

LinQ 的一项令人惊叹的功能是它支持动态查询生成和执行。这为根据用户输入或应用程序状态构建自定义查询提供了令人难以置信的灵活性。例如，想象一下基于用户界面中的复选框构建搜索过滤器：

// Dynamic query generation
IEnumerable<Student> filteredStudents = students;

if (someCondition)
{
    filteredStudents = filteredStudents.Where(student => student.Age > 18);
}
if (anotherCondition)
{
    filteredStudents = filteredStudents.OrderBy(student => student.Name);
}
var results = filteredStudents.ToList();

在此示例中，我们根据 someCondition 和 anotherCondition 的值动态构建 LinQ 查询。这使我们能够使查询适应不同的场景或用户选择，这在处理复杂的过滤器或不同的应用程序需求时特别有用。

详细研究 LinQ 查询运算符

现在我们已经介绍了基础知识，甚至探索了一些更高级的技术，让我们更深入地了解 C# 开发人员可用的各种 LinQ 查询运算符！

标准查询运算符概述

标准查询运算符构成了您将使用 LinQ 执行的许多操作的基础。这些运算符可应用于实现 IEnumerable<T> 接口的集合，并分为几个类别，例如：

过滤（Where、OfType）

投影（select、selectManay）

分区（跳过、采取）

排序（OrderBy、ThenBy、Reverse）

分组（GroupBy、ToLookup）

设置操作（前面提到过）

转换（ToArray、ToDictionary、OfType、Cast）

元素（First、Last、Single、ElementAt）

聚合（前面也提到过）

每个运算符在构建 LinQ 查询时都发挥着至关重要的作用，因此不要忘记混合、匹配和定制组合以满足您的特定数据要求！

让我们更深入地了解其中一些运算符。

元素和生成运算符

元素运算符从数据源检索特定元素，就像通过索引访问数组元素一样。典型的元素运算符包括 First、FirstOrDefault、Last、LastOrDefault、Single、SingleOrDefault 和 ElementAt。例如，看看我们如何获得第一个分数大于 80 的学生：

// Element operator example
var firstHighScorer = students.First(student => student.Score > 80);

现在，看一个使用 ElementAt 运算符访问列表中第五个学生的示例：

// Element operator example - ElementAt
var fifthStudent = students.ElementAt(4); // Zero-based index

生成运算符（例如 Range、Repeat 和 Empty）创建具有特定特征的集合的新实例。当您需要以编程方式生成集合时，它们会派上用场。下面是使用范围和重复的示例：

// Generation operator example - Range
var numbers = Enumerable.Range(1, 10);  // Generates numbers 1 to 10

// Generation operator example - Repeat
var repeatedValue = Enumerable.Repeat("Hello", 5); // Creates an IEnumerable with 5 "Hello" values

LinQ 查询中的分区和分页

分区是一种强大的技术，可以从较大的集合中提取较小的数据子集，并且对于分页特别有用。一些关键的分区运算符包括 Skip、Take 及其组合：

Take(n)：检索前 n 个元素

Skip(n)：跳过前n个元素并返回剩余元素

TakeWhile(condition)：当某个条件成立时获取元素

SkipWhile(condition)：当条件成立时跳过元素并返回剩余元素

看一下这个示例，演示使用 Skip 和 Take 进行分页：

// Pagination example
int pageNumber = 1;
int pageSize = 5;

var page = students
    .Skip((pageNumber - 1) * pageSize)
    .Take(pageSize);

要检索学生的第二页，只需更改 pageNumber 值：

// Pagination example - second page
pageNumber = 2;

var secondPage = students
    .Skip((pageNumber - 1) * pageSize)
    .Take(pageSize);

转换运算符：就地查询转换

转换运算符将查询结果转换为其他格式，例如数组、字典或更改元素类型。一些常用的转换运算符包括 ToArray、ToList、ToDictionary、OfType 和 Cast。下面的示例演示了如何将 LinQ 查询结果转换为字典：

// Conversion operator example
var studentDictionary = students
    .Where(student => student.Age > 18)
    .ToDictionary(student => student.Id, student => student.Name);

现在，如果我们希望将结果转换为数组，只需使用 ToArray 运算符：

// Conversion operator example - ToArray
var adultStudentsArray = students
    .Where(student => student.Age > 18)
    .ToArray();

这些转换运算符可以轻松处理所需格式的输出，确保与应用程序中的各种数据处理任务更好地兼容。

通过 LinQ 利用 Lambda 表达式和扩展方法的强大功能

当您将 Lambda 表达式和扩展方法与 LinQ 结合使用时，就像在您的开发引擎中添加硝基一样。在本节中，我们将探讨这些概念如何增强您的 LinQ 查询。

Lambda 表达式：简洁且富有表现力的语法

Lambda 表达式是一种简洁、富有表现力的语法，用于动态创建匿名函数。它们是 LinQ 如此强大的核心。

使用 lambda 运算符 => 定义 lambda 表达式。

下面是一个检索所有分数高于 80 分的学生的示例：

// Lambda expression example
var highScorers = students.Where(student => student.Score > 80);

您可以将多个 lambda 表达式链接在一起以实现复杂的查询逻辑。请注意我们如何在下面的示例中组合两个单独的表达式：

// Chaining lambda expressions
var olderHighScorers = students
    .Where(student => student.Score > 80)
    .Where(student => student.Age >= 18);

使用扩展方法增强 LinQ

扩展方法提供了一种优雅的方式来扩展现有类型的功能，而无需显式修改其源代码。当与 LinQ 查询结合使用时，这使得语法具有高度表现力和可读性。

您已经可以在 System.Linq 命名空间中找到许多扩展方法，这些方法扩展了 IEnumerable<T> 接口的功能。为了进一步增强您的查询功能，您甚至可以创建自定义扩展方法。

// Custom extension method example
public static class StringExtensions
{
    public static bool ContainsCaseInsensitive(this string source, string value)
    {
        return source.IndexOf(value, StringComparison.OrdinalIgnoreCase) >= 0;
    }
}

// Using custom extension method in LinQ query
var caseInsensitiveSearch = students
    .Where(student => student.Name.ContainsCaseInsensitive("john"));

专门功能的自定义扩展方法

也许您遇到过标准 LinQ 查询运算符无法满足的特殊查询需求。不要害怕！您可以开发适合您的特定要求的自定义扩展方法。考虑一个场景，您希望根据自定义评分公式为学生实现自己的过滤方法：

public static class CustomFilters
{
    public static IEnumerable<Student> WithCustomScore(this IEnumerable<Student> students, int threshold)
    {
        return students.Where(student => CustomScoringFormula(student) > threshold);
    }


private static int CustomScoringFormula(Student student)
    {
        // Compute custom score based on student properties
        return 0; // Example placeholder
    }
}
// Using custom extension method in LinQ query
var studentsWithCustomScore = students.WithCustomScore(90);

对于自定义扩展方法而言，天空是无限的，因此请发挥您的创造力并利用它们来满足您的特定开发需求。

提升您的 LinQ 技能：连接到不同的数据源

LinQ 专为多功能性而设计 – 您可以使用的数据源越多样化，您的查询能力就越强大。本节深入探讨如何将 LinQ 与各种数据源集成，为您提供处理复杂的现实场景所需的技能。

LinQ 提供程序简介

LinQ 提供程序充当 LinQ 查询和不同类型数据源之间的桥梁，将 LinQ 查询转换为指定数据源的适当格式。一些常用的 LinQ 提供程序包括：

用于 LinQ to SQL 的 System.Data.Linq

实体框架的 System.Data.Entity

用于 LinQ 到 XML 的 System.Xml.Linq

通过利用适当的 LinQ 提供程序，您可以跨不同的数据源编写一致的 LinQ 查询。让我们仔细看看这些 LinQ 提供程序以及示例实现。

LinQ to SQL 和实体框架集成

在关系数据库领域，LinQ to SQL 和实体框架是主要的数据访问技术。两者都允许您通过将 LinQ 查询转换为 SQL 命令来直接从 C# 代码使用数据库。

LinQ to SQL 将 C# 类映射到数据库表，使您能够使用 LinQ 查询来查询、插入、更新和删除记录。实体框架通过添加完整的、功能丰富的 ORM（对象关系映射器）将其提升了一个档次。

以下是使用 LinQ to SQL 查询数据库的示例：

// LinQ to SQL example
DataContext context = new DataContext("<connection-string>");
Table<Student> studentTable = context.GetTable<Student>();

var result = from student in studentTable
             where student.Age > 18
             select student;

要使用 LinQ to SQL 更新记录，请按照以下示例操作：

// LinQ to SQL update example
var studentToUpdate = studentTable.Single(student => student.Id == someId);
studentToUpdate.Name = "NewName";
context.SubmitChanges();

这是一个使用实体框架的示例：

// LinQ to Entity Framework example
using (var context = new SchoolContext())
{
    var result = from student in context.Students
                 where student.Age > 18
                 select student;
}

要使用实体框架执行更新操作，请考虑以下示例：

// LinQ to Entity Framework update example
using (var context = new SchoolContext())
{
    var studentToUpdate = context.Students.Single(student => student.Id == someId);
    studentToUpdate.Name = "NewName";
    context.SaveChanges();
}

释放 LinQ to XML 的潜力

有了 LinQ to XML，使用 XML 不再是一件苦差事。通过利用 System.Xml.Linq 命名空间提供的一组特定于 XML 的查询运算符，您可以轻松地在 C# 中查询和操作 XML 文档。

看一下这个演示使用 LinQ 查询 XML 文档的示例：

// LinQ to XML example
XDocument xdoc = XDocument.Load("<path-to-xml-file>");

var results = from element in xdoc.Descendants("Student")
              where (int)element.Element("Age") > 18
              select element;

除了查询之外，您还可以使用 LinQ to XML 来操作 XML 结构，例如添加新元素：

// LinQ to XML - Adding a new element
XElement newStudent = new XElement("Student",
    new XElement("Name", "New Student"),
    new XElement("Age", 20)
);

xdoc.Root.Add(newStudent);
xdoc.Save("<path-to-modified-xml-file>");

掌握 LinQ to JSON 进行动态数据处理

现代应用程序通常需要处理 JSON 数据，而 Newtonsoft.Json（也称为 Json.NET）库是在 C# 中处理 JSON 的流行选择。随着 Json.NET 中 JObject 和 JArray 的引入，将 LinQ 合并到 JSON 变得轻而易举。

以下是使用 LinQ 和 Json.NET 来过滤 JSON 数据的示例：

// Newtonsoft Json with LinQ
using Newtonsoft.Json.Linq;

string json = "...\";
JArray jsonArray = JArray.Parse(json);
var filteredData = jsonArray
    .Where(obj => (int)obj["Age"] > 18)
    .Select(obj => obj["Name"]);

您还可以使用 LinQ 通过 Json.NET 修改 JSON 数据：

// Modify JSON data using LinQ and Json.NET
JObject jsonObj = JObject.Parse(json);
jsonObj["Students"][0]["Name"] = "Updated Name";

适用于利基数据源的自定义 LinQ 提供程序

有时，您可能需要创建自定义 LinQ 提供程序来查询缺乏开箱即用支持的利基数据源。要开发自定义提供程序，您需要了解并实现 IQueryProvider 和 IQueryable<T> 接口。

虽然制作定制的 LinQ 提供程序需要深厚的专业知识，并且可能相当具有挑战性，但很高兴认识到满足独特数据访问场景的潜力。

例如，您可以创建自定义 LinQ 提供程序来查询内存缓存、NoSQL 数据库或远程 API。一旦您掌握了 LinQ 提供程序开发的基础知识，就有无限的可能性！

LinQ C# 中的异步和并行查询执行

优化性能和响应能力是现代应用程序的关键，这就是异步和并行查询执行可以产生巨大影响的地方。在本节中，我们将探讨如何使用 async/await 和 PLINQ 增强 LinQ C#，优化代码执行以充分利用可用资源并减少响应时间。

使用 async/await 进行异步 LinQ 查询

从 .NET Framework 4.5 和 C# 5.0 开始，您可以利用 async/await 来执行异步 LinQ 查询。您可以使用 ToListAsync、FirstOrDefaultAsync、AnyAsync 等方法将任何实体框架查询转换为异步查询。

以下是使用实体框架异步查询的示例：

// Async query with Entity Framework
using (var context = new SchoolContext())
{
    var result = await context.Students
        .Where(student => student.Age > 18)
        .ToListAsync(); // Asynchronous execution
}

请记住，并非所有 LinQ 提供程序都支持开箱即用的异步查询，但像 Task.Run 这样的策略也可以帮助异步执行查询：

// Making a non-async query asynchronous with Task.Run
var result = await Task.Run(() => students.Where(student => student.Age > 18).ToList());

让我们看一下使用 HttpClient 对外部数据源进行异步查询的示例：

// Async query on an external data source
public async Task<IEnumerable<Student>> GetStudentsAsync()
{
    using (var httpClient = new HttpClient())
    {
        var json = await httpClient.GetStringAsync("https://api.example.com/students");
        var jsonData = JArray.Parse(json);

var students = jsonData
            .Select(obj => new Student
            {
                Id = (int)obj["Id"],
                Name = (string)obj["Name"],
                Age = (int)obj["Age"]
            });
        return students;
    }
}

并行 LinQ (PLINQ) 可实现最佳性能

为了提高 LinQ 查询的性能，请考虑使用并行 LinQ (PLINQ)，它可以将查询分布在多个 CPU 核心上，从而更快地处理数据。 PLINQ 构建在任务并行库 (TPL) 之上，并为 LINQ 到对象操作提供了出色的优化。将查询转换为并行查询很简单 – 只需在查询之前添加 .AsParallel() 即可，如下例所示：

// Parallel LinQ (PLINQ) example
var sortedNames = students.AsParallel()
    .Where(student => student.Age > 18)
    .OrderBy(s => s.Name)
    .Select(s => s.Name);

但是，使用 PLINQ 时要小心，因为某些操作可能会消耗更多资源或导致意外结果。在实施 PLINQ 之前和之后优先测量和评估查询的性能，以确保最佳用例。

在某些情况下，使用 .AsOrdered() 扩展方法可以帮助维护元素的顺序，特别是在需要它的情况下。

// Parallel LinQ (PLINQ) with order preservation
var sortedNames = students.AsParallel().AsOrdered()
    .Where(student => student.Age > 18)
    .OrderBy(s => s.Name)
    .Select(s => s.Name);

LinQ 查询的线程和基于任务的注意事项

虽然异步和 PLINQ 查询可以在某些情况下提供显着的性能改进，但您应该意识到多线程环境中潜在的额外复杂性和问题。确保仔细管理共享数据，利用同步机制，并正确处理异步或并行上下文中的异常。

作为最佳实践，为可从这些方法中显着受益的查询保留异步和 PLINQ，例如资源密集型计算、后台处理或响应时间较长的数据源。

始终在提高性能的优势与多线程执行带来的复杂性和潜在缺陷之间取得平衡。例如，考虑以下使用共享数据结构的示例：

var students = new List<Student>()
{
    new Student { Id = 1, Name = "John", Age = 20 },
    new Student { Id = 2, Name = "Alice", Age = 19 },
    new Student { Id = 3, Name = "Bob", Age = 21 }
};

var studentsList = new List<Student>();
students.AsParallel().ForAll(student =>
{
    lock (studentsList) // We need to lock the shared data to prevent race conditions
    {
        studentsList.Add(student);
    }
});

在上面的示例中，我们通过在添加元素时使用锁来同步对共享 StudentsList 对象的访问来处理潜在的线程问题。这可以防止由于并发访问数据结构而可能发生的任何竞争条件。

LinQ C# 的实际应用和案例研究

为了完善您的 LinQ 专业知识，我们将探索 LinQ C# 的各种实际应用和案例研究。您积累的实践经验越多，您就越有能力在自己的开发项目中有效地利用 LinQ。

在复杂的 C# 项目中实现 LinQ

LinQ 可以成为复杂的大型 C# 项目中不可或缺的工具。例如，企业应用程序可能依赖于功能丰富的 ORM 框架（例如实体框架）。

在这种情况下，LinQ 可以提供令人信服的生产力和性能组合，使您能够高效且富有表现力地执行复杂的查询和数据操作任务。

// Example: Using LinQ with Entity Framework
using (var context = new SchoolContext())
{
    var studentsInMath = context.Students
        .Where(student => student.Courses
            .Any(course => course.Name == "Math"))
        .ToList();
}

此外，现代软件解决方案通常依赖于微服务架构，这可能涉及交换和处理来自众多互连服务的信息。 LinQ 可以更轻松地进行数据解析、过滤和转换，从而带来更简化的开发体验。

Web 开发中的 LinQ：ASP.NET 和 MVC 应用程序

使用 ASP.NET 和 ASP.NET Core 进行 Web 开发可以从 LinQ 集成中受益匪浅。例如，在 MVC 应用程序中，您可以使用 LinQ 查询数据库并在视图中显示结果。这种技术组合有助于为用户创建无缝、数据驱动的 Web 体验。

// Example: Using LinQ in an ASP.NET Core MVC application
public async Task<IActionResult> Index()
{
    using (var context = new SchoolContext())
    {
        var students = await context.Students
            .Where(student => student.Age >= 18)
            .OrderBy(student => student.LastName)
            .ToListAsync();

return View(students);
    }

考虑一个示例，其中 Web 应用程序显示数据库中的学生列表及其对应的班级。使用 ASP.NET、Entity Framework 和 LinQ，可以在将信息显示给用户之前根据需要查询、过滤和排序这些信息。

使用 Xamarin 和 LinQ 开发移动应用程序

在 LinQ 支持方面，移动应用程序开发也不甘落后。 Xamarin 是一个跨平台移动应用开发框架，与 C# 和 LinQ 顺利集成，用于处理跨 Android、iOS 和通用 Windows 平台应用程序的数据访问和操作。

// Example: Using LinQ in a Xamarin.Forms application
using (var dbContext = new AppDbContext())
{
    var students = dbContext.Students
        .Where(student => student.Age >= 18)
        .OrderBy(student => student.LastName)
        .ToList();

studentsListView.ItemsSource = students;
}

即使支持离线场景，例如在用户设备上存储和更新数据以便稍后与后端数据源同步，使用 Xamarin、Entity Framework Core 和 LinQ 查询和更新本地数据库也变得更加简单。

使用 LinQ C# 为数据分析和机器学习提供支持

人们经常将数据分析和机器学习与 Python 和 R 等语言联系起来，但 C# 在 LinQ 的帮助下也可以在这些领域发挥关键作用。

当使用 ML.NET（微软的 .NET 开源机器学习框架）时，LinQ 在机器学习模型的大量数据清理、转换和预处理等任务中表现出色。

// Example: Using LinQ for data preprocessing in ML.NET
var data = new List<DataPoint>
{
    new DataPoint { Value1 = 1, Value2 = 2 },
    new DataPoint { Value1 = 2, Value2 = 3 },
    new DataPoint { Value1 = 3, Value2 = 4 },
};

var preprocessedData = data
    .Select(dataPoint => new DataPoint
    {
        Value1 = dataPoint.Value1 * 10,
        Value2 = dataPoint.Value2 * 10
    })
    .ToList();
var context = new MLContext();
var pipeline = context.Transforms.CustomMapping(input => preprocessedData, "DataPoints");

使用 LinQ C# 查询确保质量、性能和安全性

质量、性能和安全性对于任何软件开发工作来说都是至关重要的。本部分提供有关调试、优化和确保 LinQ 查询安全性的见解，同时保持一流的代码质量。

LinQ 查询的调试技巧和技术

与传统调试技术相比，调试 LinQ 查询有时可能需要不同的方法。以下是一些提示和示例，可帮助您识别和解决 LinQ 代码的问题：

通过将查询分解为更小的部分，利用 Visual Studio 调试器功能（例如监视窗口和数据提示）

var students = new List<Student>
{
    new Student { Id = 1, Name = "John", Age = 20 },
    new Student { Id = 2, Name = "Alice", Age = 19 }
};

var query = students.Where(student => student.Age > 18);
int count = query.Count(); // Set a breakpoint here to inspect query results

单独的查询定义和执行：这使您可以查明导致问题的确切步骤

var query = students.Where(student => student.Age > 18);
var results = query.ToList(); // Set breakpoints to debug query definition and execution separately

Wrap your query in a try-catch block to examine exception details during debugging

try
{
    var results = students.Where(student => student.Age > 18).ToList();
}
catch (Exception ex)
{
    // Examine exception details
}

考虑使用 OzCode 等插件扩展 Visual Studio，以增强 LinQ 调试功能

优化 LinQ 查询的性能

良好的性能是高质量软件的一个关键属性。通过遵循以下最佳实践，确保出色的 LinQ 查询性能：

使用 LINQPad、Entity Framework Profiler 或内置 Visual Studio 工具等分析工具分析查询的性能

通过使用急切加载、投影、过滤和分页等技术，最大限度地减少数据源的往返次数并减少数据传输开销

using (var context = new SchoolContext())
{
    // Eager loading with Include, projection with Select, and paging with Skip/Take
    var students = context.Students
        .Include(student => student.Courses)
        .Select(student => new { student.Name, student.Age })
        .Where(student => student.Age > 18)
        .OrderBy(student => student.Name)
        .Skip(10)
        .Take(20)
        .ToList();
}

考虑采用缓存策略来减少冗余数据访问和处理

在适当的情况下使用异步查询和 PLINQ 来优化资源密集型或 I/O 密集型场景中的性能（请参阅 ASD 部分中的前面的示例）

LinQ C# 代码的单元测试和集成测试

编写可测试的代码并实施强大的单元和集成测试对于确保 LinQ 查询的质量和可靠性至关重要。请记住这些测试策略：

通过隔离业务逻辑和数据访问代码，将 LinQ 查询设计为模块化且可测试的

使用 Moq 或 NSubstitute 等库对依赖数据源实施模拟测试

[Fact]
public void Test_GetStudents_AgeAbove18()
{
    // Arrange
    var students = ... // List of students
    var repoMock = new Mock<IStudentRepository>();
    repoMock.Setup(repo => repo.GetAll()).Returns(students);
    var studentService = new StudentService(repoMock.Object);

// Act
    var result = studentService.GetStudentsAboveAge(18);
    // Assert
    Assert.NotNull(result);
    ...
}

利用 MSTest、xUnit 或 NUnit 等测试框架为您的查询创建一套全面的单元和集成测试

考虑采用测试驱动的开发方法，其中包括在实施之前编写测试，以帮助确保 LinQ 查询的正确性和可测试性

LinQ 查询开发中的安全最佳实践

作为一名负责任的 C# 开发人员，在处理数据操作和访问时应始终优先考虑安全性。要降低 LinQ 查询中的安全风险：

应用适当的输入验证和卫生以防止注入攻击

使用投影避免暴露查询结果中的敏感数据

public IEnumerable<string> GetUserNames()
{
    using (var context = new DbContext())
    {
        return context.Users
            .Select(user => user.UserName) // Project only necessary data to prevent exposing sensitive information
            .ToList();
    }
}

对数据源实施适当的授权和访问控制

使用参数化查询：对于实体框架，在处理用户提供的输入时始终使用参数化查询

using (var context = new DbContext())
{
    // Parameterized query example with Entity Framework
    var results = context.Users
        .Where(user => user.Email == emailAddress)
        .ToList();
}

加载外部库或编写自定义查询提供程序时，验证其可信度和安全实践

LinQ C# 的未来方向和学习资源

我们已经踏上了穿越 LinQ C# 宇宙的激动人心的旅程，但总有更多东西有待发现。在本结束部分中，我们将讨论林的未来方向以及一些推荐的学习资源，以进一步磨练您的技能。

LinQ C# 中即将推出的功能和增强功能

作为一项快速发展的技术，LinQ C# 不断通过新功能和增强功能进行改进。要了解最新动态，请考虑关注 Microsoft 的 .NET 博客，以及参与 C# 和 LinQ 开发社区。

还要密切关注 .NET 会议，以深入了解未来的更新和开发进度。

社区驱动的 LinQ 项目和扩展

更广泛的 C# 和 LinQ 社区定期开发新的工具、库和扩展，可以帮助您作为 LinQ 开发人员的生活变得更加轻松和高效。通过利用这些资源，您通常可以找到实用的、经过实际检验的解决方案来应对 LinQ 开发过程中的常见挑战。

通过探索不同的专业领域、尝试现实场景以及从丰富的可用资源中学习，踏上您的 LinQ C# 掌握之旅。旅程可能充满挑战，但回报是值得付出努力的！

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C# 中的 LinQ 圣经：从基础知识到最佳实践✝️