Делегаты, Func, Action, лямбды, замыкания

↑ 2.1 C♯: продвинутый язык · → Следующая

Обязательно~6 мин чтенияУровень: middle

Зачем это на собесе

делегаты и лямбды — основа LINQ, событий, Minimal API, middleware, DI-фабрик и callback-ов. Классические вопросы: что такое делегат, multicast, замыкание в цикле, стоимость лямбд.

Объяснение

Делегат

Типобезопасный указатель на метод: объект, хранящий ссылку на метод (и на экземпляр для экземплярных методов).

public delegate decimal PriceCalculator(Item item);          // свой тип делегата
 
decimal Base(Item i) => i.Price * i.Qty;
PriceCalculator calc = Base;
calc(item);

Встроенные Func, Action, Predicate

Func<Item, decimal> price = i => i.Price * i.Qty;           // принимает Item, возвращает decimal
Action<string> log = msg => Console.WriteLine(msg);         // ничего не возвращает
Predicate<Patient> isAdult = p => p.Age >= 18;              // bool (исторический тип; чаще Func<T, bool>)
Func<Task<Report>> factory = () => BuildReportAsync();

Свои типы делегатов нужны редко: для понятного имени или ref/out-параметров.

Лямбды

Func<int, int> square = x => x * x;
Func<int, int, int> add = (a, b) => a + b;
Func<Patient, bool> filter = static p => p.IsActive;          // static — запрет захвата переменных, нет аллокации
var parse = (string s) => int.Parse(s);                        // естественный тип лямбды (C# 10) → Func<string,int>
var withDefault = (int x = 10) => x * 2;                       // параметры по умолчанию (C# 12)
 
// Minimal API — лямбда-обработчик
app.MapGet("/patients/{id:guid}", async (Guid id, IPatientService svc, CancellationToken ct) =>
    await svc.FindAsync(id, ct) is { } p ? Results.Ok(p) : Results.NotFound());

Замыкания

Лямбда может захватывать внешние переменные. Компилятор создаёт класс (display class), переменная становится его полем, и захватывается переменная, а не значение.

int threshold = 18;
Func<Patient, bool> isAdult = p => p.Age >= threshold;
threshold = 21;                 // лямбда увидит 21: захвачена переменная
 
// классическая задача
var actions = new List<Action>();
for (int i = 0; i < 3; i++) actions.Add(() => Console.Write(i));
actions.ForEach(a => a());      // 333 — одна переменная i на весь цикл for
 
foreach (var x in new[] { 0, 1, 2 }) actions.Add(() => Console.Write(x));
// 012 — с C# 5 в foreach своя переменная на каждую итерацию

Исправление для for: скопировать в локальную переменную внутри тела (var copy = i;).

Multicast-делегаты

Делегат хранит список вызовов: += добавляет метод, -= удаляет.

Action notify = () => Console.WriteLine("SMS");
notify += () => Console.WriteLine("Email");
notify();                  // вызовет оба по порядку

• Для Func<T> возвращается результат последнего метода.
• Исключение в одном обработчике прерывает вызов остальных.
• На этом построены события (event).

Делегаты в DI и конфигурации

services.AddScoped<IReportExporter>(sp => sp.GetRequiredService<IOptions<ReportOptions>>().Value.Format == "xlsx"
    ? new ExcelExporter() : new PdfExporter());                  // фабрика — Func<IServiceProvider, T>
services.Configure<MinioOptions>(o => o.Endpoint = "minio:9000"); // Action<TOptions>
app.Use(async (ctx, next) => { /* middleware */ await next(ctx); });

Нюансы и подводные камни

• Аллокации: лямбда с захватом создаёт объект замыкания и делегат при каждом выполнении выражения. В горячем коде используйте static-лямбды или передачу состояния параметром (TryAdd(key, static (k, arg) => ..., arg)).
• Захват this в лямбде продлевает жизнь объекта: утечки при подписке долгоживущего источника на короткоживущий объект.
• Захват scoped-сервиса (DbContext) в лямбде, которая выполнится позже в другом потоке или scope, — ObjectDisposedException.
• Func<T, bool> в EF Core вместо Expression<Func<T, bool>> ведёт к загрузке таблицы в память (лямбда не транслируется в SQL). Подробнее в теме про LINQ.

Тестирование

[Fact]
public void Closure_captures_variable_not_value()
{
    var threshold = 18;
    Func<int, bool> isAdult = age => age >= threshold;
    threshold = 21;
    isAdult(20).Should().BeFalse();
}

Вопросы с ответами

Что такое делегат?

Типобезопасная ссылка на метод (и объект, если метод экземплярный). Позволяет передавать поведение как значение: callback-и, события, LINQ.

Чем Func отличается от Action?

Func возвращает значение (последний параметр типа — результат). Action ничего не возвращает.

Что выведет цикл for, добавляющий лямбды с захватом i, и почему?

Все лямбды выведут последнее значение (3), потому что захватывается одна переменная i, а не её значения. В foreach с C# 5 у каждой итерации своя переменная.

Что такое multicast-делегат и что вернёт Func при нескольких подписчиках?

Делегат со списком вызовов. Вызываются все методы по порядку, а возвращается результат последнего.

Как лямбды влияют на производительность?

Лямбды с захватом аллоцируют объект замыкания и делегат. Без захвата делегат кэшируется компилятором. static-лямбды гарантируют отсутствие захвата.

Связанные темы

• Следующая: [[be-2-1-2-sobytiya-i-pattern-observer|События и паттерн Observer в C#]]
• LINQ и Expression: LINQ глубоко: отложенное выполнение, IEnumerable и IQueryable, expression trees
• Middleware: Middleware: конвейер, порядок, свои middleware
• Замыкания в JS: Scope и замыкания
• Утечки памяти в .NET: Утечки памяти в .NET и как их искать