[算法1-排序]（.NET源码学习）& LINQ & Lambda

说起排序算法，在日常实际开发中我们基本不在意这些事情，有API不用不是没事找事嘛。但必要的基础还是需要了解掌握。

排序的目的是为了让无序的数据，变得“有序”。此处的有序指的是，满足当前使用需求的顺序，除了自带的API，我们还可以自定义比较器对象、使用LINQ语句、Lambda表达式等方式完成排序。本文将逐一介绍十大排序，并着重介绍分析基于C#的LINQ常用语句和Lambda表达式，二者对排序的实现。

【# 请先阅读注意事项】

【注：（1）以下提到的复杂度仅为算法本身，不计入算法之外的部分（如，待排序数组的空间占用）且时间复杂度为平均时间复杂度

　　　（2）除特殊标识外，测试环境与代码均为.NET 6/C#

　　　（3）默认情况下，所有解释与用例的目标数据均为升序

　　　（4）默认情况下，图片与文字的关系：图片下方，是该幅图片的解释

　　　（5）本文篇幅较长，和主标题（排序）契合度较低，建议分期阅读；也可能存在较多错误，欢迎指出并提出意见，请见谅】

一. 十大排序

这十大排序对于有基础的程序员并不陌生，只是一些经常不用的小细节可能记忆模糊，该部分内容会对排序方法简要分析，旨在作为笔记，需要的时候帮助回忆相关内容。

(一) 冒泡排序（BubbleSort）

名字的起源十分生动形象：气泡从水底向上浮，随气压变化气泡体积逐渐变大最终破裂；在某一时刻让时间静止，可观察到从水面到水底，气泡体积依次减小，体积排列有序，故得此名。

1. 原理：两两比较，按照比较器对象进行交换。

2. 复杂度：时间O(n²)    空间O(1)

3. 实现：(C++14 GCC 9)

（指针形式）

 

(二) 选择排序（SelectSort）

1.  原理：选择——选定一个数，确定当前该数的位置后，再选择下一个数。注意其和冒泡排序的区别。

2.  复杂度：时间O(n²)    空间O(1)

3.  实现：（C++14 GCC 9）

 

二者区别在于：冒泡是相邻的数比较；选择是每次固定一个数与其他数比较。

(三) 插入排序（InsertSort）

其操作方式类似于我们再打牌时，抽出一些牌放入合适的位置。

1.     原理：选定一个数，将该数插入合适的位置。即，若排序结果为升序，则将数b插入某一位置，使得a < b < c。

2.     复杂度：时间O(n²)    空间O(1)

3.     实现：（C++14 GCC 9）

(四) 希尔排序（ShellSort）

此排序由希尔提出，是对插入排序的改进。改进的思想是：将一整个待排序序列分割为多个组，每一次对每个组的同一位置进行插入排序。即，将第一、二、三…组的第一个元素看为一个新的序列进行插排，第二个元素看为一个新的序列进行插排……以此类推。实验证明，该思想在一定程度上有助于加快插入排序的运行。

1.     原理：分割式插排

2.     复杂度：时间O(n1.3)    空间O(1)

3.     实现：(C++14 GCC 9)

大量数据表明，当h /= 3时可达到最优效果。

(五) 快速排序（QuickSort）

快速排序是最常用的一个排序，在之前的介绍.NET数组源码的排序方法（[数据结构-线性表1.1] 数组 （.NET源码学习））中也出现过，虽然其内部有三种排序方式，但主体还是快速排序。之所以称之为快速，是因为其时间复杂度不再是n²级，而是nlog₂n级。一般地，在1s的时间范围内，总时间复杂级数需要小于等于10⁸，快速排序的出现，解决了许多大量数据排序的问题，提高了不少效率。

1.     原理：类二分法

2.     复杂度：时间O(nlog₂n)    空间O(log₂n)

3.     实现：（C++14 GCC 9）

快速排序只是使用数组原本的空间进行排序，所以所占用的空间应该是常量级的，但是由于每次划分之后是递归调用，递归在运行的过程中会在栈上消耗一定的空间，在一般情况下的空间复杂度为O(logn)，在最差的情况下，若每次只完成了一个元素，那么空间复杂度为O(n)。

[# Array.Sort()源码再读—有关快速排序]

这是该方法中的快速排序，和我们一般的快速排序不同，其运用了SwapIfGreater()方法、三数取中法对快速排序进行了优化。

• Line 197：此处的num为数组长度。

• l  Line 198：num >> 1 相当于 num / 2，一般地，可视为中间位置索引值。

• l  Line 199~201：SwapIfGreater()方法

根据传入的比较器对象，对两个元素进行相应处理。

在排序前，其先把索引为0和mid的两个元素、索引为0的元素和最后一个元素、索引为mid的元素和最后一个元素进行处理，优先保证这三个位置上的元素符合要求。

该方法即为三数取中法。

1.     方法：是知道无序数列的首和尾，便可以求出其中间位置的数，此时只需在首、中、尾这三个数中，选择中间的这个数作为基准值，进行快速排序，即可进一步提高快速排序的效率。

最初的快速排序是选择第一个或最后一个元素为基准值，然后将整个序列分为两部分。但当数组本身有序度较高或完全有序时，快排会达到O(n²)的时间复杂度，因为可能会导致分完后的两部分中，某一部分为空集。即，相当于没有二分就开始排序。

2.     优化原理：将首、中、尾排序后，选取中间位置的元素，能有效避免“一边倒”的问题，从而真正利用上二分思想的加速性。

• Line 202：t 即为基准值。

• Line 203：交换中间位置和末尾的元素。使得这三个元素大小变成“峰谷”状，由于基准值是三个元素中间大小的一个，这样相当于保证分成的两部分不出现空集。

该源码和本人写的代码格式不同，本人运用递归的方法，将序列无限二分至无法再分，先左后右逐步有序；源码利用迭代方法，三数取中 + 双向搜索，从整体到局部。虽然平均复杂度均为log级，但长远看来源码具有较高的优越性。

• Line 206~218：从两端开始，以中间位置为中心、基准值为判断依据开始交换。

当最外层while循环结束后，i的左侧一定全都是小于基准值的元素，num3的右侧一定全都是大于基准值的元素。此时，相对于基准值而言，i的左侧是有序的，num3的右侧是有序的。

• Line 220~223：将i位置的元素与末尾元素交换。此时i位置的元素，是大于等于末尾元素的。交换后，从开头到i位置的元素相对于刚才而言，更加有序。

 

上图是本人手写的一份基本流程草图，该快速排序有别于一般形式的快速排序，但整体思想依旧不变：类二分法，从子集有序到整体有序，加上两种方法的优化，效率已经是很高的了。

(六) 归并排序

归并，即合并，既然要合并，那之前就得拆开。所以，归并排序的方法就是先把元素二分，二分后每段再二分，直到无法二分。再根据比较器对象，按一定顺序合二为一，逐层回调，最后完成排序。

1.     原理：类二分法

2.     复杂度：时间O(nlog₂n)    空间O(n)

3.     实现：（C++14 GCC 9）

快速排序是先排序，使得整个序列以基准值有序，再二分；归并排序是直接二分到底，再逐层往回排序，从局部到整体。

(七) 堆排序

堆的结构类似于二叉树，而二叉树的相关操作（如，查询、插入、删除等）的时间复杂度一般都在常数级和log级，所以堆排序的效率也比较高。

1.     原理：根据数组索引和二叉树位置的关系，构建大/小顶堆（二叉树）并还原。

2.     复杂度：时间O(nlog₂n)    空间O(1)

3.     实现：（C++14 GCC 9）

一般地，目标为升序数组则构建大顶堆，目标为降序数组则构建小顶堆。

[# Array.Sort()源码再读—有关堆排序]

该源码与一般的堆排序写法如出一辙，上方的HeapSort()方法用于控制每次调整堆的范围，保证有序元素不再被调整；下方的DownHeap()方法用于构建/调整堆，将合适的元素放到合适的位置。

• Line 231~234：第一次构建堆，构建大顶堆。即，让每一个父结点的值大于等于子结点的值。

• Line 235~239：调整堆。每次调整后，根节点总是最大的，所以将根节点与最后一个非调整好的结点（从右下角开始往前）进行交换，交换后靠近末尾的部分元素已经是有序的了，所以下一次调整堆顶时，应将其排除在外，这就是参数中j – 1的由来。

• Line 243：参数：keys为待排序元素集；i为排序起始位置的索引（由于第一次构建堆顶时，保证了父结点的值大于等于子结点的值，所以交换后0索引处的值一定是较小的值，且该位置是一个动态存储域，所以调整的其实索引可以从1开始，这就是传入值为1的原因）；n为排序结束的索引；lo为应当进行交换的元素的索引（堆排序在建好堆后，一般从最后一个非叶子结点开始进行判断。即，从最后一个分支，倒着往前进行。对于数组索引即为2 * 起始索引 + 1）；

之后的过程和本人以C++语言所写的过程大体相似。

(八) 计数排序、桶排序

理论上这两者排序的思想是类似的：新建数组，以索引代表元素，统计每个元素出现次数，最后再输出。

1.     原理：按索引顺序，以索引值代表数组值，统计出现次数。

2.     复杂度：时间O(n + k)    空间O(n + k)（其中，k为max – min）

3.     实现：（C++14 GCC 9）

当然，从标准出发，这二者肯定是不一样的。

对于桶排序，将待排序元素划分到不同的痛。先扫描一遍序列求出max和min ，设桶的个数为 k ，则把区间 [min, max] 均匀划分成 k 个区间，每个区间就是一个桶，将序列中的元素分配到各自的桶。

对于计数排序，每个数值为一个桶。计数排序本质上是一种特殊的桶排序，当桶排序的桶的个数最大的时候，就是计数排序。

(九) 基数排序

1.     原理：按照元素的每一位进行比较来排序。

2.     复杂度：时间O(n * k)    空间O(n + k) （其中，k为max – min）

3.     实现：（C++）来自（1.10 基数排序 | 菜鸟教程 (runoob.com)）

 

小结一

基数排序与计数排序、桶排序这三种排序算法都利用了桶的概念，但对桶的使用上有一定差异：

（1）桶排序：每个桶存储一定范围的数值；

（2）计数排序：每个桶只存储单一键值；

（3）基数排序：根据键值的每位数字来分配桶；

基数排序不是直接根据元素整体的大小进行元素比较，而是将原始列表元素分成多个部分，对每一部分按一定的规则进行排序，进而形成最终的有序列表。

LINQ语句及常用方法

LINQ（Language-Integrated Query）语言集成查询，常用于对数据的查询。一般地，完整的查询操作包括创建数据源、定义查询表达式和在foreach语句中执行查询。

该部分将分析相关方法的源码，以及内部的orerby与orderbyDescending排序方法。本人会尽可能的讲述清楚过程的细节，但之前也没有详细读过源码，该文章也是边读边学边写，可能存在解读错误，也可能会有与读者相矛盾的观点，还望各位指出，请谅解。

(一) All()方法

确定序列的所有元素是否都满足条件。

• Line 10：LINQ方法中的参数并不像一般方法中的参数一样，各个对应。

• Line 12~15：检查源数据是否为空，防止访问没有分配引用地址的对象。

• Line 16~19：检查过滤器对象是否为空。

• Line 20~27：对每个元素根据传入的委托表达式进行判断。

对于这两个参数，可以发现：

(一) 不管是在源码还是在从元数据中，该方法均有两个参数。但在使用时，却只需要传入一个参数。

(二) TSource和泛型T不是一个东西，泛型T可以容纳所有类型，但需要手动指定数据类型；TSource可以容纳所有类型，但可自动识别类型。

当要访问的元素集是什么类型时，TSource会自动分配对应的类型。

(三) 待传入的参数Func<TSource, bool> predicate是一个方法（称为此处过滤器），将方法作为参数，无疑用到了委托。

关键字in和out一般用在泛型interface和delegate中, 用来进行逆变和协变（in逆变，out协变）。（协变、逆变将在下方介绍）

Func()方法是一个有返回值的泛型委托，可包含0~16个参数T，并在最后多加一个参数，表示返回值类型。我们也可以自己定义该方法，如：

根据我们自己写的调用的操作步骤，可以发现，我们只需传入待处理参数，不用管最后的返回参数。

 

其基本语法格式为：方法名（临时变量 => 条件表达式）。其中，括号中的式子称为Lambda表达式，会在后文介绍。

(二) Any()方法

判断是否包含任何元素、是否存在元素满足指定的条件。

（1）首先是判断源数据是否包含任何元素。

• Line 15~29：尝试将source转换为集合（接口）类型，若转换成功，即序列可以作为ICllection<>的实例，则通过返回Count属性，判断其是否包含任何的元素。

• Line 20~35：尝试将source转换为IListProvider（接口）类型，若转换成功，则调用GetCount()方法，默认传入true，进行判断；而否则尝试转换为集合类型。

• Line 37~42：提取source的迭代器对象，判断其是否存在下一个元素，如果枚举数已成功地推进到下一个元素，返回true；如果枚举数传递到集合的末尾，返回false。

对于IListProvider，其内部包含了三个方法：转换为数组、转换为泛型集合、GetCount()方法。

其中，前两个方法的实现均是将元素放入到新的数据结构中，最后返回。内部的字段_source[]指的是源数据及，_predicate()方法指的是传入的条件表达式；LargeArrayBuilder可以近似看作StringBuilder。

对于GetCount()方法，其原理也是通过遍历源数据集，在满足相应条件的情况下记录元素个数。

（2）判断源数据是否包含任意一个符合条件的元素

通过遍历的方式逐一检查，存在一个满足条件就返回true，一个都不满足就返回false；

(三) 基本计算--Count()、Max()、Min()、Sum()方法

（1）Count()方法

其包含两个重载形式：一个是纯计数，另一个是带条件计数（记录满足条件的元素个数）。

可以发现，其原理和Any()方法中的GetCount()方法基本类似。

（2）Max()、Min()、Sum()方法

这三种方法，前两种每种包含21个重载函数，Sum()方法包含19个重载函数，因为需要针对不同的数据类型。但最大不同依旧在于是否带有条件。

其实现原理基本类似，且没有什么新的东西，所以在此不做过多论述。

(四) Where的实现

Where子句用在查询表达式中，用于指定将在查询表达式中返回数据源中的哪些元素。它将一个布尔条件应用于每个源元素（由范围变量引用），并返回满足指定条件的元素。一个查询表达式可以包含多个Where子句，一个子句可以包含多个条件表达式。简而言之，Where起到一个筛选器的作用，筛选出符合条件的元素。

并且可以发现，筛选出的元素默认情况下共同构成一个可枚举的集合。

Where方法的过滤功能主要通过迭代器实现，其源代码包含7个迭代器。按照功能划分如下：

（1）索引参与过滤操作运算的迭代器WhereIterator，容器（可迭代对象）包含Enmuerable，List和Array。

（2）索引不参与过滤运算

　　1. Enmuerable：WhereEnumerableIterator和WhereSelectEnumerableIterator

　　2. List：WhereListIterator和WhereSelectListIterator

　　3. Array：WhereArrayIterator和WhereSelectArrayIterator

其中Enmuerable迭代器，List迭代器和Array迭代器在实现上相差不大，都是通过设计模式中的迭代器模式实现具体的功能。区别是Enmuerable迭代器，List迭代器都是调用容器自身的迭代器实现逐个元素的比较和过滤，而Array迭代器是通过数组索引操作实现元素比较和过滤。

除了WhereIterator，其余六个迭代器均派生自迭代器类Iterator

[# 有关Iterator的源码]

• Line 12：在构造函数内获取当前线程的Id。

• Line 21：Current属性包含一个get访问器（只读），返回当前对象。

•  Line 26：该类继承了接口IEnumerable，所以必须实现GetEnumerator()方法。如果当前迭代器的线程Id和当前线程的Id不同，则克隆一个新的迭代器返回，否则返回当前迭代器。

• Line 29：该类继承了接口IDisposable，所以必须实现Dispose()方法。必要情况下释放对象。

• Line 36~40：因为需要进行筛选（迭代器遍历）工作，所以需要定义迭代器，并将其初始状态设置为1，返回当前迭代器。

• Line 44：该方法MoveNext()来自于所继承的接口IEnumerator，其根据不同的容器，有不同的实现（就像刚才提到的List和Array的迭代方式），所以定义为抽象方法。

• Line 47~50：虚方法Select()，默认返回WhereEnumerableIterator迭代器。

• Line 53~56：虚方法Where()，默认返回WhereSelectEnumerableIterator迭代器。

这两个迭代器均不参与过滤运算，两个虚方法主要用于具体容器的复用或重写。如果调用Where的迭代器，属于刚才提到的不参与过滤运算的六个迭代器对象，则会覆盖父类中的某些方法；如果是其它迭代器，例如Distinct迭代器，则会调用父类的Where和Select方法。

Where扩展方法（一）

• Line 12~19：检查数据源和过滤器是否为空。

• Line 20：尝试将source转换为迭代器对象，会产生两种情况：

（1）如果是Where相关的迭代器，如调用形式为XX.Where().Where()。此处iterator.Where(predicate)的Iterator是Where相关的迭代器对象(WhereListIterator、WhereArrayIterator)，此时调用的Where方法是派生类WhereXXXIterator重写后的Where方法，返回的是WhereXXXIterator对象，XXX表示List或Array或Enumerable。

（2）如果是其他迭代器，如调用形式为XX.Distinct().Where()，此处iterator.Where(predicate)的Iterator是Distinct的迭代器对象，此时调用的Where方法是父类Iterator种的Where方法，返回的是默认的WhereEnumerableIterator对象。

• Line 25~33：尝试将source转换为数组类型。若转换成功且长度不为0，则返回WhereArrayIterator实例。

• Line 34~41：尝试将source转换为List类型。若转换成功且长度不为0，则返回WhereListIterator实例。

• 若两种类型均无法转换，则返回默认实例WhereEnumerableIterator。

Where扩展方法（二）

该方法为带索引参数的扩展方法，其没有对线程对资源的占用情况进行检查，而是直接调用了WhereIterator方法

WhereIterator方法中维护了一个计数器，每循环一次，计数器加1，计数器中如果出现整型数字溢出情况，则抛出异常。yield return将结果以值的形式返回给枚举器对象，可一次返回一个元素；yield break将控制权无条件地交给迭代器的调用方，该调用方为枚举器对象的IEnumerator.MoveNext方法（或其对应的泛型System.Collections.Generic.IEnumerable<T>）或Dispose方法。

[# 有关迭代器WhereEnumerableIterator的源码]

其包含三个字段：源数据、过滤器、迭代器对象。

 

GetCount()方法在上文提到过，用于计算源数据集中，符合条件的元素个数，默认传入true。

包含两个类型转换方法，分别转换为数组类型和泛型集合类型。转换原理均是通过建立相应对象，并写入数据完成。

一个构造方法，初始化源数据集和过滤器对象。

继承的类与接口。

由于其继承了许多接口和类，所以此处重写了接口中的方法，包括创建并返回新的（克隆）迭代器对象、释放对象、向后移动到下一个元素。

• Line 85：变量 _state 位于类Enumerable中的Iterator类型中，初始值为1，用于表示当前状态，指示出下一步应当怎么做。

重写了IEnumerable<TSource>接口中的Select()和Where()方法，用于当调用Where的迭代器不属于六大类型时，调用上一级的方法。

【Select()方法和Where()方法原理类似，在此不作叙述】

（五）排序

将了这么多题外话，终于拉回了主题。Linq中也有用于排序的方法，包括OrderBy、OrderByDescending、ThenBy、ThenByDescending，在一个语句中，以OrderBy型开头，之后的只能用ThenBy型，但ThenBy型可多次使用。一般地，O/T型共同存在的排序多用于多关键字排序。

基础语法如下：

 

[# 有关OrderBy的源码]

OrderBy()方法有两个重载方法，均返回一个OrderedEnumerable类型的对象。

其内置的排序方法，位于类EnumerableSorter<TElement, TKey>中，分别为PartialQuickSort()和QuickSort()。

在排序前，

（1）   对于QuickSort()方法

其重写了父类EnumerableSorter<TElement>中的同名抽象方法，并调用类ArraySortHelper<T>中的IntrospectiveSort()方法，这与前一篇文章中提到的数组排序方法Array.Sort()，方法一致。

（2）   对于PartialQuickSort()方法

该方法直接定义在类EnumerableSorter<TElement, TKey>中，针对源数据集的某一部分进行排序。

• Line 3：map为待排序数组；letf与right为边界指针（此处的指针有别于C/C++中的指针，此处仅代表一个标记）；minIdx与maxIdx为排序区域。

• Line 12~19：当left小于length（未越界）时，CompareKeys()方法用于返回两元素的大小关系：相等返回0，左大右小返回1，反之返回-1。

从左往右，找到第一个大于等于中间位置的元素。

其方法内部的四个紫色字段均在类EnumerableSorter中

【注：下方有关五个参数的解释为推断得出】

_keySelector表示委托方法Func()，过滤器；_compare表示比较器对象；_descending表示是否降序；_next下一个迭代排序器对象；_keys表示经过滤器筛选出的待排序数据集；

• Line 20~23：从右往左，找到第一个小于等于中间位置的元素。

• Line 24~37：如果left与right没有彼此越过对方，则交换位置，并开始下一次查找。

此时，内层循环结束，完成了以中间位置元素为基准值的排序，保证基准值左侧小、右侧大。

• Line 38~45：若此时两指针并未在需求的排序区域内，则相对应方向移动。

• Line 46~61：当内层循环结束时两指针的大小关系为num = num2 + 1，所以Line 46在判断被两指针分割的两部分，哪一部分更短，优选处理短的一部分。

整个排序过程以递归的方式进行，类似于快速排序。

【注：以下内容属于推断得出】

 

数据集在调用OrderBy()等一类排序方法后，会先将源数据转换为泛型Buffer类型

之后，再调用类OrderedEnumerable中的SortedMap()方法

在调用真正开始排序前，首先调用ComputeMap()方法，根据过滤器，筛选出要排序的元素，并保存在_keys中。再根据不同的参数，调用不同的方法进行排序。

以上为OrderBy一类排序方法的“前摇”和过程，其余的OrderByDescenidng()、ThenBy()、ThenByDescending()方法与OrderBy()类似。

流程图如下：

小结二

综合来看，就对于OrderBy一类排序算法本身，其时间复杂度和Array中的Sort()方法相差不大，但实际运行效果却要比Array.Sort()方法慢。原因应该在于其需要频繁创建EnumerableSorter对象、将数据类型转换为Buffer再转换为数组、排序后从IOrderByEnumerable类型转换为源数据类型，这些过程大大延长了总时间，尤其是在数据量较大的时候，所需时间将会产生较大差异。

 

三．有关Lambda表达式

Lambda表达式用来创建匿名函数，常用于委托、回调，且可以访问到外部变量。使用Lambda运算符“=>”，从其主体中分离 lambda 参数列表，可采用以下任意一种形式：

一般地，输入的参数不需要显示指定类型。但当编译器无法判断其类型时，可显示指明各个参数的类型：

(一) 有关匿名

（1）匿名类型

该类型可用来将一组只读属性封装到单个对象中，而无需显式定义一个类型。类型由编译器在编译阶段生成，并且不能在源代码级使用。可结合使用new运算符和对象初始值设定项创建匿名类型。

其中，这里的var被定义为匿名类型（AnonymousType），v被定义为类型 `a 。

在反编译程序中，查询到20中相关的方法

根据IL DASM工具可以发现，其包含的主要信息：类<>f__AnonymousType0`2<’<参数para>j__TPar’,’<Message>j__TPar’>；私有只读字段<Amount>i__Field和<Message>i__Field；三个非静态重写方法Equals()、GetHashCode()、ToString()。

以此为例，在源码中找到相关信息，其位于程序集PresentationFramwork.dll中

• Line 8：内部密封类，类名为<>f__AnonymousType0；泛型类型为<ControlsUsedInApp>j__TPar。

• Line 12~17：定义参数变量的属性—get（只读）。

• Line 21~25：构造函数，将传入的参数赋值给类的内部变量。

• Line 29~33：Equals()方法，尝试将传入的Object类型对象转换为与被比较对象相同的匿名类型，并按照默认比较其和基本原则，按顺序逐一比较内部参数。

• Line 37~40：返回当前对象的哈希代码。哈希码为每个变量/对象的唯一标识符，用于在一定情况下相互区别。

• Line 44~53：将匿名类型的整个部分转化为字符串的形式（大括号居然也算！？）。

（2）匿名方法

委托是用于引用与其具有相同标签的方法。即，可以使用委托对象调用可由委托引用的方法。匿名方法提供了一种传递代码块作为委托参数的技术，其没有名称只有方法体；没有返回值类型，类型根据具体方法中的return语句推断。如，Func()方法、Action()方法、Predicate()方法。

所以在OrderBy一类排序中，其内部需要传入一个匿名方法，以赋值给Func()方法，故使用Lambda表达式。

(二) Lambda 表达式的自然类型

Lambda表达式本身没有类型，因为CLS（通用类型系统）没有“Lambda 表达式”这一固有概念。不过，有时以非正式的方式谈论 Lambda 表达式的“类型”会很方便。该非正式“类型”是指委托类型或 Lambda 表达式所转换到的Expression类型。

从C# 10开始，Lambda表达式可能具有自然类型。编译器不会强制为 Lambda 表达式声明委托类型（如Func<>或Action<>），而是根据 Lambda 表达式推断委托类型。

也就是说，一开始的Lambda表达式只能赋值给委托类型。而在此之后，Lambda表达式可以根据具体的情况，赋值给具体的类型。

【注：更多Lambda表达式内容请参阅Lambda 表达式 - C# 引用 | Microsoft Docs】

[# 有关泛型的协变与逆变]

据官方解释，协变指能够使用比原始指定的派生类型的派生程度更大（更具体的）的类型；逆变指能够使用比原始指定的派生类型的派生程度更小（不太具体的）的类型。

在谈论协变与逆变之前先来看一下泛型集合中的对象转换。

此处有三个类。其中Student与Worker派生自Person，那么可以将Person称为Student和Worker的上层数据类型；Student和Worker称为Person的下层类型。

可以发现，虽然Person时Student和Worker的父类，但List<Person>不是List<Student>和List<Worker>的父类，所以后两行的赋值会报错。

在C# 4之前，类似于上述的赋值操作是不被允许的。因为假设其能够赋值，即List<Person> p = new List<Student>();成立，那么虽然p的类型为List<Person>但其实例对象使List<Student>，在调用方法时，调用的也就是Student的方法。如果现在实现这个语句：p.Add(new Person());其实质上是用Student中的Add方法，而Student又是Person的子类，Person无法安全（直接）转换为Studnt对象，所以这样的集合定义没有意义，因此不被允许。

从C# 4开始，类似的操作，在泛型委托、泛型接口中，允许发生。但上述操作依旧是无法实现的，因为其违反类型类型转换的基本流程。

定义一个无参泛型委托。

• 协变：

我们尝试在上层类型中存放下层类型。不出意外，依旧报错。根据刚才的分析，要想解决这个错误，需要解决两个问题：

（1）   在调用p()方法时，实际上调用的是s()方法，所以需要s执行的结果能转换为p执行后所返回的类型。即，s能够转换为p类型。

（2）   解除编译器的检查限制，在此处允许将Work<Student>类型的对象赋值给Work<Person>类型的变量。

对于（1）已经满足，由隐式转换直接完成；而条件（2）就需要在委托中加上out关键字。

• 逆变

尝试在上层类型中存放下层类型。解决这个错误，也需要解决两个问题：

（1）在调用s()方法时，实际上调用的是p()方法，即，p能够转换为s类型。

（2）解除编译器的检查限制，在此处允许将Work<Person>类型的对象赋值给Work<Student>类型的变量。

对于（1）因为Student为Person的子类，所以二者存在联系，通过强制类型转换可以实现；而条件（2）需要在委托中加上in关键字。

【注：如果没有子父类的关系，加上in/out关键字，也无法实现】

简而言之：协变可以在上层数据类型中存放下层对象；逆变可以在下层的数据类型中存放上层对象（这里的上层与下层是相对而言），这两个过程本质上是参数的类型转换。

据微软官方的说法，协变于逆变只发生在数组、委托、泛型参数之上，对于类的上下转型而言不算做协变于逆变。