ラムダとメソッドグループの省略可能なパラメーターおよびパラメーター配列

[アーティクル]
02/03/2025

メモ

この記事は機能仕様についてです。仕様は、機能の設計ドキュメントとして使用できます。これには、提案された仕様の変更および機能の設計と開発時に必要な情報が含まれます。これらの記事は、提案された仕様の変更が決定され、現在の ECMA 仕様に組み込まれるまで公開されます。

機能の仕様と行われた実装では、いくつかの違いがあることがあります。これらの違いは、関連する言語設計ミーティング (LDM) メモに取り上げられています。

機能仕様を C# 言語標準に導入するプロセスの詳細については、仕様に関する記事を参照してください。

チャンピオンの課題: https://github.com/dotnet/csharplang/issues/6051

まとめ

C# 10 で導入されたラムダの改善 (詳細は関連背景を参照) を基に、デフォルトのパラメーター値およびparams配列のサポートをラムダ式に追加することを提案します。これにより、ユーザーは次のラムダを実装できます。

var addWithDefault = (int addTo = 2) => addTo + 1;
addWithDefault(); // 3
addWithDefault(5); // 6

var counter = (params int[] xs) => xs.Length;
counter(); // 0
counter(1, 2, 3); // 3

同様に、メソッドグループに対して同じ種類の動作を許可します。

var addWithDefault = AddWithDefaultMethod;
addWithDefault(); // 3
addWithDefault(5); // 6

var counter = CountMethod;
counter(); // 0
counter(1, 2); // 2

int AddWithDefaultMethod(int addTo = 2) {
  return addTo + 1;
}
int CountMethod(params int[] xs) {
  return xs.Length;
}

目的

.NET エコシステム内のアプリケーションフレームワークは、エンドポイントに関連付けられたビジネスロジックを迅速に記述できるよう、ラムダ式を積極的に活用しています。

var app = WebApplication.Create(args);

app.MapPost("/todos/{id}", (TodoService todoService, int id, string task) => {
  var todo = todoService.Create(id, task);
  return Results.Created(todo);
});

現在、ラムダ式はパラメーターへの既定値の設定をサポートしていません。そのため、開発者がユーザーからデータが提供されないシナリオにも耐性のあるアプリケーションを構築しようとするには、ローカル関数を使用するか、ラムダ式の内部でデフォルト値を設定する必要があります。これに対し、提案された構文では、より簡潔な方法が提供されます。

var app = WebApplication.Create(args);

app.MapPost("/todos/{id}", (TodoService todoService, int id, string task = "foo") => {
  var todo = todoService.Create(id, task);
  return Results.Created(todo);
});

提案された構文には、ラムダ式とローカル関数の混乱を招く違いを減らすという利点もあります。これにより、構造を理解しやすくなり、機能を損なうことなくラムダ式を関数へと発展させることができます。このことは特に、メソッドグループが参照として提供される他のシナリオで使用される API において役立ちます。これは、前述のユースケースシナリオではカバーされていない params 配列をサポートする主な動機でもあります。

次に例を示します。

var app = WebApplication.Create(args);

Result TodoHandler(TodoService todoService, int id, string task = "foo") {
  var todo = todoService.Create(id, task);
  return Results.Created(todo);
}

app.MapPost("/todos/{id}", TodoHandler);

以前の動作

C# 12 より前のバージョンでは、ユーザーがオプションまたは params パラメーターを持つラムダ式を実装しようとすると、コンパイラーによってエラーが発生します。

var addWithDefault = (int addTo = 2) => addTo + 1; // error CS1065: Default values are not valid in this context.
var counter = (params int[] xs) => xs.Length; // error CS1670: params is not valid in this context

ユーザーが、基礎となるメソッドにオプションまたは params パラメーターを持つメソッドグループを使用しようとすると、その情報が伝達されないため、引数の数が一致せずメソッド呼び出しが型チェックに失敗します。

void M1(int i = 1) { }
var m1 = M1; // Infers Action<int>
m1(); // error CS7036: There is no argument given that corresponds to the required parameter 'obj' of 'Action<int>'

void M2(params int[] xs) { }
var m2 = M2; // Infers Action<int[]>
m2(); // error CS7036: There is no argument given that corresponds to the required parameter 'obj' of 'Action<int[]>'

新しい動作

この提案 (C# 12 の一部) に従い、既定値および params は次の動作によってラムダ式のパラメーターに適用されます。

var addWithDefault = (int addTo = 2) => addTo + 1;
addWithDefault(); // 3
addWithDefault(5); // 6

var counter = (params int[] xs) => xs.Length;
counter(); // 0
counter(1, 2, 3); // 3

既定値および params は、次のようなメソッドグループを具体的に定義することで、メソッドグループのパラメーターに適用できます。

int AddWithDefault(int addTo = 2) {
  return addTo + 1;
}

var add1 = AddWithDefault; 
add1(); // ok, default parameter value will be used

int Counter(params int[] xs) {
  return xs.Length;
}

var counter1 = Counter;
counter1(1, 2, 3); // ok, `params` will be used

互換性に影響する変更点

C# 12 よりのバージョンで前は、メソッドグループの推論された型が Action または Func であるため、次のコードがコンパイルされます。

void WriteInt(int i = 0) {
  Console.Write(i);
}

var writeInt = WriteInt; // Inferred as Action<int>
DoAction(writeInt, 3); // Ok, writeInt is an Action<int>

void DoAction(Action<int> a, int p) {
  a(p);
}

int Count(params int[] xs) {
  return xs.Length;
}
var counter = Count; // Inferred as Func<int[], int>
DoFunction(counter, 3); // Ok, counter is a Func<int[], int>

int DoFunction(Func<int[], int> f, int p) {
  return f(new[] { p });
}

この変更 (C# 12 の一部) に従い、この種のコードは .NET SDK 7.0.200 以降ではコンパイルされなくなります。

void WriteInt(int i = 0) {
  Console.Write(i);
}

var writeInt = WriteInt; // Inferred as anonymous delegate type
DoAction(writeInt, 3); // Error, cannot convert from anonymous delegate type to Action

void DoAction(Action<int> a, int p) {
  a(p);
}

int Count(params int[] xs) {
  return xs.Length;
}
var counter = Count; // Inferred as anonymous delegate type
DoFunction(counter, 3); // Error, cannot convert from anonymous delegate type to Func

int DoFunction(Func<int[], int> f, int p) {
  return f(new[] { p });
}

この画期的変更の影響を考慮する必要があります。幸いにも、メソッドグループの型を推論する var の使用は C# 10 以降でのみサポートされているため、この動作に明示的に依存するコードのみが中断されます。

詳細な設計

文法とパーサーの変更

この拡張機能では、ラムダ式の文法に次の変更が必要です。

 lambda_expression
   : modifier* identifier '=>' (block | expression)
-  | attribute_list* modifier* type? lambda_parameters '=>' (block | expression)
+  | attribute_list* modifier* type? lambda_parameter_list '=>' (block | expression)
   ;

+lambda_parameter_list
+  : lambda_parameters (',' parameter_array)?
+  | parameter_array
+  ;

 lambda_parameter
   : identifier
-  | attribute_list* modifier* type? identifier
+  | attribute_list* modifier* type? identifier default_argument?
   ;

この変更により、既定パラメーター値および params 配列はラムダ式でのみ許可され、delegate { } 構文で宣言された匿名メソッドには適用されません。

ラムダパラメーターには、メソッドパラメーター (§15.6.2) と同じ規則が適用されます。

ref、out または this 修飾子を持つパラメーターは、default_argument を持つことはできません。
parameter_array はオプションパラメーターの後に記述することができますが、既定値を持つことはできません。代わりに、parameter_array の引数を省略した場合、空の配列が作成されます。

この提案はメソッドグループのセマンティクスのみを変更するため、文法を変更する必要はありません。

匿名関数の変換 (§10.7) には、次の追加 (太字) が必要です。

具体的には、匿名関数 F は、次の条件を満たす場合、デリゲート型 D と互換性があります。

[...]

F に明示的に型指定されたパラメーターリストがある場合、D の各パラメーターは、Fの対応するパラメーターと、params 修飾子と既定値を無視して、同じ型と修飾子を持ちます。

以前の提案の更新

以前の提案における関数型の仕様には、次の追加 (太字) が必要です。

メソッドグループのすべての候補メソッドが共通のシグネチャ (既定値および params 修飾子 を含む) を持つ場合、そのメソッドグループには自然型があります。 (メソッドグループが拡張メソッドを含む可能性がある場合、候補にはコンテナ型およびすべての拡張メソッドスコープが含まれます)。

匿名関数式またはメソッドグループの自然型は、function_type です。 function_type はメソッドシグネチャを表します。すなわち、パラメーター型、既定値、ref の種類、params修飾子、戻り値の型、および ref の種類です。匿名関数式またはメソッドグループが同じシグネチャを持つ場合、同じ関数型を持ちます。

以前の提案におけるデリゲート型の仕様には、次の追加 (太字) が必要です。

パラメーター型 P1, ..., Pn および戻り値型 R を持つ匿名関数またはメソッドグループのデリゲート型は以下のとおりです。

パラメーターまたは戻り値が値渡しでなく、または任意のパラメーターが省略可能であるか、paramsであるか、パラメーターが16個を超えた場合、またはパラメーターの型や戻り値が有効な型引数でない場合 ((int* p) => { }など)、そのデリゲートは匿名関数やメソッドグループに一致するシグネチャを持つ、合成されたinternal匿名デリゲート型であり、パラメーター名は単一パラメーターの場合arg1, ..., argn、それ以外の場合はargです。

バインダーの変更

新しいデリゲート型の合成

オプションまたは params パラメーターを持つラムダ式またはメソッドグループでは、ref または out パラメーターを持つデリゲートと同様に、デリゲート型が生成されます。以下の例では、a'、b' などの記法がこれらの匿名デリゲート型を表すために使用されています。

var addWithDefault = (int addTo = 2) => addTo + 1;
// internal delegate int a'(int arg = 2);
var printString = (string toPrint = "defaultString") => Console.WriteLine(toPrint);
// internal delegate void b'(string arg = "defaultString");
var counter = (params int[] xs) => xs.Length;
// internal delegate int c'(params int[] arg);
string PathJoin(string s1, string s2, string sep = "/") { return $"{s1}{sep}{s2}"; }
var joinFunc = PathJoin;
// internal delegate string d'(string arg1, string arg2, string arg3 = " ");

変換および統一の動作

省略可能なパラメーターを持つ匿名デリゲートは、同じ位置にあるパラメーターが同じ既定値を持っている場合、パラメーター名にかかわらず統一されます。

int E(int j = 13) {
  return 11;
}

int F(int k = 0) {
  return 3;
}

int G(int x = 13) {
  return 4;
}

var a = (int i = 13) => 1;
// internal delegate int b'(int arg = 13);
var b = (int i = 0) => 2;
// internal delegate int c'(int arg = 0);
var c = (int i = 13) => 3;
// internal delegate int b'(int arg = 13);
var d = (int c = 13) => 1;
// internal delegate int b'(int arg = 13);

var e = E;
// internal delegate int b'(int arg = 13);
var f = F;
// internal delegate int c'(int arg = 0);
var g = G;
// internal delegate int b'(int arg = 13);

a = b; // Not allowed
a = c; // Allowed
a = d; // Allowed
c = e; // Allowed
e = f; // Not Allowed
b = f; // Allowed
e = g; // Allowed

d = (int c = 10) => 2; // Warning: default parameter value is different between new lambda
                       // and synthesized delegate b'. We won't do implicit conversion

最後のパラメーターが配列である匿名デリゲートは、配列型および params 修飾子が同じ場合、パラメーター名にかかわらず統一されます。

int C(int[] xs) {
  return xs.Length;
}

int D(params int[] xs) {
  return xs.Length;
}

var a = (int[] xs) => xs.Length;
// internal delegate int a'(int[] xs);
var b = (params int[] xs) => xs.Length;
// internal delegate int b'(params int[] xs);

var c = C;
// internal delegate int a'(int[] xs);
var d = D;
// internal delegate int b'(params int[] xs);

a = b; // Not allowed
a = c; // Allowed
b = c; // Not allowed
b = d; // Allowed

c = (params int[] xs) => xs.Length; // Warning: different delegate types; no implicit conversion
d = (int[] xs) => xs.Length; // OK. `d` is `delegate int (params int[] arg)`

同様に、既存のオプションおよび params パラメーターをサポートしている名前付きデリゲートとの互換性ももちろん存在します。変換中に既定値または params 修飾子が異なる場合、ラムダ式内のソース側は使用されません。ラムダは他の方法で呼び出せないためです。これはユーザーにとって直感的でない可能性があるため、ソース側の既定値または params 修飾子がターゲットと異なる場合、警告が表示されます。ソースがメソッドグループの場合、それ自体で呼び出すことができるため、警告は表示されません。

delegate int DelegateNoDefault(int x);
delegate int DelegateWithDefault(int x = 1);

int MethodNoDefault(int x) => x;
int MethodWithDefault(int x = 2) => x;
DelegateNoDefault d1 = MethodWithDefault; // no warning: source is a method group
DelegateWithDefault d2 = MethodWithDefault; // no warning: source is a method group
DelegateWithDefault d3 = MethodNoDefault; // no warning: source is a method group
DelegateNoDefault d4 = (int x = 1) => x; // warning: source present, target missing
DelegateWithDefault d5 = (int x = 2) => x; // warning: source present, target different
DelegateWithDefault d6 = (int x) => x; // no warning: source missing, target present

delegate int DelegateNoParams(int[] xs);
delegate int DelegateWithParams(params int[] xs);

int MethodNoParams(int[] xs) => xs.Length;
int MethodWithParams(params int[] xs) => xs.Length;
DelegateNoParams d7 = MethodWithParams; // no warning: source is a method group
DelegateWithParams d8 = MethodNoParams; // no warning: source is a method group
DelegateNoParams d9 = (params int[] xs) => xs.Length; // warning: source present, target missing
DelegateWithParams d10 = (int[] xs) => xs.Length; // no warning: source missing, target present

IL/ランタイム動作

既定のパラメーター値はメタデータに出力されます。この機能の IL は、ref および out パラメーターを持つラムダ式に対して生成される IL と本質的に非常に似ています。 System.Delegate または類似クラスが生成され、Invoke メソッドには既定のパラメーター値または System.ParamArrayAttribute を設定するための .param ディレクティブが含まれます。これは、オプションまたは params パラメーターを持つ標準の名前付きデリゲートと同様です。

これらのデリゲート型は、通常どおりランタイム時に検査可能です。コード内では、ラムダ式またはメソッドグループに関連付けられた ParameterInfo 内の DefaultValue を、関連する MethodInfo を使用してユーザーが調査できます。

var addWithDefault = (int addTo = 2) => addTo + 1;
int AddWithDefaultMethod(int addTo = 2)
{
    return addTo + 1;
}

var defaultParm = addWithDefault.Method.GetParameters()[0].DefaultValue; // 2

var add1 = AddWithDefaultMethod;
defaultParm = add1.Method.GetParameters()[0].DefaultValue; // 2

未解決の質問

これらはいずれもまだ実装されていません。これらはまだ未解決の提案です。

未解決の質問: 既存の DefaultParameterValue 属性との相互作用はどうなりますか?

提案される回答: 一貫性を確保するため、ラムダ式に DefaultParameterValue 属性を許可し、既定値サポートの構文に基づいてデリゲート生成の動作を一致させます。

var a = (int i = 13) => 1;
// same as
var b = ([DefaultParameterValue(13)] int i) => 1;
b = a; // Allowed

未解決の質問: これは現在の提案の範囲外ですが、将来的に議論する価値がある可能性があります。暗黙的に型指定されたラムダパラメーターで既定値をサポートする必要がありますか? すなわち、

delegate void M1(int i = 3);
M1 m = (x = 3) => x + x; // Ok

delegate void M2(long i = 2);
M2 m = (x = 3.0) => ...; //Error: cannot convert implicitly from long to double

この推論は複雑な変換問題を引き起こし、さらなる議論を必要とします。

また、ここにはパーサーのパフォーマンスに関する考慮事項も存在します。たとえば、現在、(x = がラムダ式の先頭になることは決してありません。ラムダの既定値に対してこの構文が許可されている場合、パーサーは用語がラムダであるかどうかを判断するために => トークンまで大きな先読みが必要になります。

デザイン会議

LDM 2022-10-10: 既定値と同様の方法で params をサポートする決定。

次の方法で共有

ラムダとメソッドグループの省略可能なパラメーターおよびパラメーター配列

まとめ

関連背景

目的

以前の動作

新しい動作

互換性に影響する変更点

詳細な設計

文法とパーサーの変更

以前の提案の更新

バインダーの変更

新しいデリゲート型の合成

変換および統一の動作

IL/ランタイム動作

未解決の質問

デザイン会議

その他のリソース

次の方法で共有

ラムダとメソッド グループの省略可能なパラメーターおよびパラメーター配列

まとめ

関連背景

目的

以前の動作

新しい動作

互換性に影響する変更点

詳細な設計

文法とパーサーの変更

以前の提案の更新

バインダーの変更

新しいデリゲート型の合成

変換および統一の動作

IL/ランタイム動作

未解決の質問

デザイン会議

その他のリソース

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