C# 3.0语言新特性（语言规范）：7 查询表达式

原文：《C# Version 3.0 Specification》，Microsoft
翻译：lover_P
查询表达式（Query Expression）为查询提供了一种语言集成的语法，这种语法类似于关系和分级查询语言，如SQL和XQuery。

query-expression:
from-clause  query-body

from-clause:
from  from-generators

from-generators:
from-generator
from-generators  ,  from-generator

from-generator:
identifier  in  expression

query-body:
from-or-where-clausesopt  orderby-caluseopt  select-or-group-clause  into-clauseopt

from-or-where-clauses:
from-or-where-clause
from-or-where-clauses  from-or-where-clause

from-or-where-clause:
from-clause
where-clause

where-clause:
where  boolean-expression

orderby-clause:
orderby  ordering-clauses

ordering-clauses:
ordering-clause
ordering-clauses  ,  ordering-clause

ordering-clause:
expression  ordering-directionopt

ordering-direction:
ascending
descending

select-or-group-clause:
select-clause
group-clause

select-clause:
selelct  expression

group-clause:
group  expression  by  expression

into-clause:
into  identifier  query-body

一个查询表达式以一个from子句开始，以一个select或group子句结束。起始的from子句后可以跟零个或多个from或where子句。每个from子句都是一个生成器，该生成器引入了一个可以覆盖整个序列的迭代变量；而每个where子句都是一个过滤器，该过滤器用于从结果中排出项目。最终的select或group子句根据迭代变量来指定结果的表现形式。select或group子句前面还可以有一个orderby子句，用以指定结果的顺序。最后，可以用一个into子句通过将一个查询的结果作为一个子查询的生成器来“联结”两个查询。

在查询表达式中，具有多个生成器的from子句严格等价于多个顺序的只具有一个生成器的from子句。

7.1 查询表达式的翻译

C# 3.0语言并没有为查询表达式指定确切的执行语义，而是将查询表达式翻译为对附着于查询表达式模式（Query Expression Pattern）的方法的调用。特别地，查询表达式分别被翻译为对名为Where、Select、SelectMany、OrderBy、OrderByDescending、ThenBy、ThenByDescending和GroupBy的方法的调用，这些方法有着预期的签名和返回值类型。这些方法既可以是待查询对象的实例方法，也可以是对象外部的扩展方法。这些方法进行着实际的查询工作。

将查询表达式翻译为方法调用的过程是一个语法映射过程，发生在任何类型绑定或重载抉择的执行之前。翻译的结果可以保证语法正确，但不一定保证产生语义正确的C#代码。在查询表达式翻译之后，产生的方法调用作为一般的方法调用进行处理，这时会依次发现错误，如方法不存在、参数类型错误或对一个范型方法的类型推断失败等。

后面的一系列示例依次演示了查询表达式的翻译。在后面的某一节中给出了翻译规则的正式描述。

7.1.1 where子句

查询表达式中的一个where子句：

from c in customers

where c.City == "London"

select c

将被翻译为对一个Where方法的调用，其参数为合并了迭代变量和where子句中的表达式所得到的拉姆达表达式：

customers.

Where(c => c.City == "London")

7.1.2 select子句

上面的例子演示了选择了最内部的迭代变量的select子句是如何通过翻译为方法调用被消除的。

一个选择了并非最内部的迭代变量的select子句：

from c in customers

where c.City == "Longdon"

select c.Name

将被翻译为一个Select方法调用，其参数是一个拉姆达表达式：

customers.

Where(c => c.City == "London").

Select(c => c.Name)

7.1.3 group子句

一个group子句：

from c in customers

group c.Name by c.Country

将被翻译为对GroupBy方法的调用：

customers.

GroupBy(c => c.Country, c => c.Name)

7.1.4 orderby子句

一个orderby子句：

from c in customers

orderby c.Name

select new { c.Name, c.Phone }

将被翻译为一个对OrderBy方法的调用，或者当指定了descending指示符时，被翻译为一个对OrderByDescending方法的调用：

customers.

OrderBy(c => c.Name).

Select(c => new { c.Name, c.Phone })

另一个orderby子句：

from c in customers

orderby c.Country, c.Balance descending

select new { c.Name, c.Country, c.Balance }

将被翻译为对ThenBy和ThenByDescending方法的调用：

customers.

OrderBy(c => c.Country).

ThenByDescending(c => c.Balance).

Select(c => new { c.Name, c.Country, c.Balance })

7.1.5 多重生成器

多重生成器：

from c in customers

where c.City == "London"

from o in c.Orders

where o.OrderDate.Year == 2005

select new { c.Name, o.OrderID, o.Total }

将被翻译为对所有非最内部生成器的SelectMany方法调用：

customers.

Where(c => c.City == "London").

SelectMany(c =>

    c.Orders.

    Where(o => o.OrderDate.Year == 2005).

    Select(o => new { c.Name, o.OrderID, o.Total })

)

当多重生成器被一个orderby子句合并起来：

from c in customers, o in c.Orders

where o.OrderDate.Year == 2005

orderby o.Total descending

select new { c.Name, o.OrderID, o.Total }

一个附加的Select将被注入，用于收集排序表达式和最终的结果序列。让OrderBy可以操作整个序列是有必要的。OrderBy之后，最终的结果将被提取出来：

customers.

SelectMany(c =>

    c.Orders.

    Where(o => o.OrderDate.Year == 2005).

    Select(o => new { k1 = o.Total, v = new { c.Name, o.OrderID, o.Total } })

).

OrderByDescending(x => x.k1).

Select(x => x.v)

7.1.6 into子句

一个into子句：

from c in customers

group c by c.Country into g

select new { Country = g.Key, CustCount = g.Group.Count() }

是嵌套查询的一种很简单的形式：

from g in

    from c in customers

    group c by c.Country

select new { Country = g.Key, CustCount = g.Group.Count() }

将被翻译为：

customers.

GroupBy(c => c.Country).

Select(g => new { Country = g.Key, CustCount = g.Group.Count() })

7.2 查询表达式模式

查询表达式模式（Query Expression Pattern）建立了类型可以实现的方法的一套模式，用以支持查询表达式。因为查询表达式会被通过语法映射来翻译为方法调用，因此类型在如何实现其查询表达式模式上尤为灵活。例如，模式的这些方法可以被实现为实例方法或扩展方法，因为两者具有完全一样的调用语法；而方法的参数也可以是委托或表达式树，因为拉姆达表达式可以转换为这两者。

下面给出了支持查询表达式模式的范型类型C的推荐形式。范型类型用于演示参数和结果类型之间正确的关系，也可以将模式实现为非范型类型。

delegate R Func(A arg,',',');

class C

{

    public C Where(Func predicate,',',');

    public C Select(Func selector,',',');

    public C SelectMany(Func> selector,',',');

    public O OrderBy(Func keyExpr,',',');

    public O OrderByDescending(Func keyExpr,',',');

    public C> GroupBy(Func keyExpr,',',');

    public C> GroupBy(Func keyExpr, Func elemExpr,',',');

}

class O : C

{

    public O ThenBy(Func keySelector,',',');

    public O ThenByDescending(Func keySelector,',',');

}

class G

{

    public K Key { get; }

    public C Group { get; }

}

上面的方法是用了一个范型委托类型Func，也可以使用等价的其他委托或表达式树类型，只要参数和结果类型之间存在正确的关系即可。

注意在推荐的C和O之间的关系中，要保证ThenBy和ThenByDescending方法只能用在OrderBy或OrderByDescending的结果上。同时请注意GroupBy结果的推荐形式，应该是一组具有Key和Group属性的（匿名类型实例）序列。

标准查询运算符（Standard Query Operators，在另外一个规范中描述）提供了查询表达式的一个实现，这个实现可以用于所有实现了System.Collections.Generic.IEnumerable接口的类型。

7.3 正式的翻译规则

对一个查询表达式的处理将重复、依次地应用下列翻译规则。每个翻译都一直应用这些规则直到不再发生任何给定的模式。

注意将会产生对OrderBy和ThenBy的调用的翻译，如果相应的排序子句制定了descending指示符，将产生对OrderByDescending或ThenByDescending的调用。

l          包含了into子句的查询：

q1 into x q2

将被翻译为：

from x in (q1) q2

l          具有多个生成器的from子句：

from g1, g2, ... gn

将被翻译为：

from g1 from g2 ... from gn

l          后面立即跟有where子句的from子句：

from x in e where f

将被翻译为：

from x in (e).Where(x => f)

l          具有多个from子句、一个orderby子句和一个select子句的查询表达式：

from x1 in e1 from x2 in e2 ... orderby k1, k2 ... select v

将被翻译为：

(from x1 in e1 from x2 in e2 ...

select new { K1 = k1, K2 = k2 ..., V = v })

.OrderBy(x => x.K1).ThenBy(x => x.K2)...

.Select(x => x.V)

l          具有多个from子句、一个orderby子句和一个group子句的查询表达式：

from x1 in e1 from x2 in e2 ... orderby k1, k2 ... group v by g

将被翻译为：

(from x1 in e1 from x2 in e2 ...

select new { K1 = k1, K2 = k2 ..., V = v, G = g })

.OrderBy(x => x.K1).ThenBy(x => x.K2) ...

.GroupBy(x => x.G, x => x.V)

l          具有多个from子句和一个select子句的查询表达式：

from x in e from x1 in e1 ... select v

将被翻译为：

(e).SelectMany(x => from x1 in e1 ... select v)

l          具有多个from子句和一个group子句的查询表达式：

from x in e from x1 in e1 ... group v by g

将被翻译为：

(e).SelectMany(x => from x1 in e1 ... group v by g)

l          具有一个from子句、没有orderby子句，并且具有一个select子句的查询表达式：

from x in e select v

将被翻译为：

(e).Select(x => v)

当v就是标识符x时，翻译将被简化为：

(e)

l          具有一个from子句、没有orderby子句，并且具有一个group子句的查询表达式：

from x in e group v by g

将被翻译为

(e).GroupBy(x => g, x => v)

当v就是标识符x时，翻译将被简化为：

(e).GroupBy(x => g)

l          具有一个from子句、一个orderby子句和一个select子句的查询表达式：

from x in e orderby k1, k2 ... select v

将被翻译为：

(e).OrderBy(x => k1).ThenBy(x => k2) ...

.Select(x => v)

当v就是标识符x时，翻译将被简化为：

(e).OrderBy(x => k1).ThenBy(x => k2) ...

l          具有一个from子句、一个orderby子句和一个group子句的查询表达式：

from x in e orderby k1, k2 ... group v by g

将被翻译为：

(e).OrderBy(x => k1).ThenBy(x => k2) ...

.GroupBy(x => g, x => v)

当v就是标识符x时，翻译将被简化为：

(e).OrderBy(x => k1).ThenBy(x => k2) ...

.GroupBy(x => g)