查詢表達式基本概念

發行項
01/18/2025

本文介紹 C# 中查詢表達式的相關基本概念。

什麼是查詢及其用途？

查詢是一組指示，說明要從指定數據源（或來源）擷取哪些數據，以及傳回的數據應該具有何種形狀和組織。查詢與它所產生的結果不同。

一般而言，源數據會以邏輯方式組織為相同種類的元素序列。例如，SQL 資料庫數據表包含一連串的數據列。在 XML 檔案中，有 XML 元素的「序列」（雖然 XML 元素會以階層方式在樹狀結構中組織）。記憶體內的集合包含一系列的物件。

從應用程式的觀點來看，原始源數據的特定類型和結構並不重要。應用程式一律會將源數據視為 IEnumerable<T> 或 IQueryable<T> 集合。例如，在 LINQ to XML 中，源數據會顯示為 IEnumerable<XElement>。

鑒於此來源序列，查詢可能會執行下列三項動作之一：

擷取元素的子集，以產生新的序列，而不需修改個別元素。然後，查詢可能會以各種方式排序或分組傳回的序列，如下列範例所示（假設 scores 是 int[]）：
```
IEnumerable<int> highScoresQuery =
    from score in scores
    where score > 80
    orderby score descending
    select score;
```
擷取元素序列，如上一個範例所示，但將它們轉換成新的物件類型。例如，查詢可能只會從數據源中的特定客戶記錄擷取姓氏。或者，它可能會擷取完整的記錄，然後使用它來建構另一個記憶體內部物件類型，甚至是 XML 數據，再產生最終的結果序列。下列範例顯示從 int 到 string的投影。請注意新類型的 highScoresQuery。
```
IEnumerable<string> highScoresQuery2 =
    from score in scores
    where score > 80
    orderby score descending
    select $"The score is {score}";
```
擷取源數據的相關單一值，例如：
- 符合特定條件的項目數目。
- 具有最大或最小值的元素。
- 滿足條件的第一個元素，或指定元素集中某些值的總和。例如，下列查詢會從 scores 整數陣列傳回大於80的分數數目：
```
var highScoreCount = (
    from score in scores
    where score > 80
    select score
).Count();
```
  在上一個範例中，請注意在呼叫 Enumerable.Count 方法之前，在查詢表達式周圍使用括號。您也可以使用新的變數來儲存具體結果。
```
IEnumerable<int> highScoresQuery3 =
    from score in scores
    where score > 80
    select score;

var scoreCount = highScoresQuery3.Count();
```

在上一個範例中，查詢會在呼叫 Count中執行，因為 Count 必須逐一查看結果，才能判斷 highScoresQuery所傳回的項目數。

什麼是查詢表達式？

查詢表示式 是以查詢語法表示的查詢。查詢表達式是一流的語言建構。就像任何其他表達式一樣，而且可用於 C# 運算式有效的任何內容中。查詢表達式是由一組以類似 SQL 或 XQuery 的宣告式語法所撰寫的子句所組成。每個子句依次包含一或多個 C# 運算式，這些運算式本身可能是查詢運算式或包含查詢運算式。

查詢表達式必須以子句中的開頭，並以選取或群組子句結尾。在第一個子句與最後一個或子句之間，它可以包含一或多個這些選擇性子句：其中、orderby、聯結、讓，甚至是子句的另一個。您也可以使用 into 關鍵詞來啟用 join 或 group 子句的結果，做為相同查詢表達式中更多查詢子句的來源。

查詢變數

在 LINQ 中，查詢變數是任何儲存查詢而不是查詢結果的變數。更具體來說，查詢變數一律是可枚舉的類型，可在逐一查看 foreach 語句或直接呼叫其 IEnumerator.MoveNext() 方法時生成元素序列。

注意

本文中的範例會使用下列數據源和範例數據。

record City(string Name, long Population);
record Country(string Name, double Area, long Population, List<City> Cities);
record Product(string Name, string Category);

static readonly City[] cities = [
    new City("Tokyo", 37_833_000),
    new City("Delhi", 30_290_000),
    new City("Shanghai", 27_110_000),
    new City("São Paulo", 22_043_000),
    new City("Mumbai", 20_412_000),
    new City("Beijing", 20_384_000),
    new City("Cairo", 18_772_000),
    new City("Dhaka", 17_598_000),
    new City("Osaka", 19_281_000),
    new City("New York-Newark", 18_604_000),
    new City("Karachi", 16_094_000),
    new City("Chongqing", 15_872_000),
    new City("Istanbul", 15_029_000),
    new City("Buenos Aires", 15_024_000),
    new City("Kolkata", 14_850_000),
    new City("Lagos", 14_368_000),
    new City("Kinshasa", 14_342_000),
    new City("Manila", 13_923_000),
    new City("Rio de Janeiro", 13_374_000),
    new City("Tianjin", 13_215_000)
];

static readonly Country[] countries = [
    new Country ("Vatican City", 0.44, 526, [new City("Vatican City", 826)]),
    new Country ("Monaco", 2.02, 38_000, [new City("Monte Carlo", 38_000)]),
    new Country ("Nauru", 21, 10_900, [new City("Yaren", 1_100)]),
    new Country ("Tuvalu", 26, 11_600, [new City("Funafuti", 6_200)]),
    new Country ("San Marino", 61, 33_900, [new City("San Marino", 4_500)]),
    new Country ("Liechtenstein", 160, 38_000, [new City("Vaduz", 5_200)]),
    new Country ("Marshall Islands", 181, 58_000, [new City("Majuro", 28_000)]),
    new Country ("Saint Kitts & Nevis", 261, 53_000, [new City("Basseterre", 13_000)])
];

下列程式代碼範例顯示具有一個數據源、一個篩選子句、一個排序子句，以及沒有來源元素轉換的簡單查詢表達式。 select 子句會結束查詢。

// Data source.
int[] scores = [90, 71, 82, 93, 75, 82];

// Query Expression.
IEnumerable<int> scoreQuery = //query variable
    from score in scores //required
    where score > 80 // optional
    orderby score descending // optional
    select score; //must end with select or group

// Execute the query to produce the results
foreach (var testScore in scoreQuery)
{
    Console.WriteLine(testScore);
}

// Output: 93 90 82 82

在上一個範例中，scoreQuery 是 查詢變數， 有時僅被稱為查詢。查詢變數不會儲存實際的結果數據，這會在 foreach 迴圈中產生。而且當 foreach 語句執行時，查詢結果不會透過查詢變數傳回 scoreQuery。相反地，它們會通過迭代變數 testScore傳回。 scoreQuery 變數可以在第二個 foreach 迴圈中進行迭代。只要它和數據源都未修改，就會產生相同的結果。

查詢變數可能會儲存以查詢語法或方法語法表示的查詢，或兩者的組合。在下列範例中，queryMajorCities 和 queryMajorCities2 都是查詢變數：

City[] cities = [
    new City("Tokyo", 37_833_000),
    new City("Delhi", 30_290_000),
    new City("Shanghai", 27_110_000),
    new City("São Paulo", 22_043_000)
];

//Query syntax
IEnumerable<City> queryMajorCities =
    from city in cities
    where city.Population > 30_000_000
    select city;

// Execute the query to produce the results
foreach (City city in queryMajorCities)
{
    Console.WriteLine(city);
}

// Output:
// City { Name = Tokyo, Population = 37833000 }
// City { Name = Delhi, Population = 30290000 }

// Method-based syntax
IEnumerable<City> queryMajorCities2 = cities.Where(c => c.Population > 30_000_000);
// Execute the query to produce the results
foreach (City city in queryMajorCities2)
{
    Console.WriteLine(city);
}
// Output:
// City { Name = Tokyo, Population = 37833000 }
// City { Name = Delhi, Population = 30290000 }

另一方面，下列兩個範例顯示的是，即使每個變數都是使用查詢初始化，這些變數仍然不是查詢變數。它們不是查詢變數，因為它們會儲存結果：

var highestScore = (
    from score in scores
    select score
).Max();

// or split the expression
IEnumerable<int> scoreQuery =
    from score in scores
    select score;

var highScore = scoreQuery.Max();
// the following returns the same result
highScore = scores.Max();

var largeCitiesList = (
    from country in countries
    from city in country.Cities
    where city.Population > 10000
    select city
).ToList();

// or split the expression
IEnumerable<City> largeCitiesQuery =
    from country in countries
    from city in country.Cities
    where city.Population > 10000
    select city;
var largeCitiesList2 = largeCitiesQuery.ToList();

明確和隱含輸入查詢變數

本檔通常會提供查詢變數的明確類型，以顯示查詢變數與 select 子句之間的類型關聯性。不過，您也可以使用 var 關鍵詞，指示編譯程式在編譯時期推斷查詢變數的類型（或任何其他局部變數）。例如，本文中前面提到的查詢範例也可以使用隱含型別來表示。

var queryCities =
    from city in cities
    where city.Population > 100000
    select city;

在上述範例中，var 的使用是選擇性的。 queryCities 是隱含或明確型別的 IEnumerable<City>。

啟動查詢表達式

查詢表達式的開頭必須是 from 子句。它會指定數據源與範圍變數。範圍變數代表來源序列中的每個連續的元素，當來源序列正在被遍歷時。範圍變數會根據數據源中的元素類型進行強類型化。在下列範例中，由於 countries 是 Country 對象的陣列，因此範圍變數也會輸入為 Country。因為範圍變數是強類型，所以您可以使用點運算符來存取該類型的任何可用成員。

IEnumerable<Country> countryAreaQuery =
    from country in countries
    where country.Area > 20 //sq km
    select country;

範圍變數處於作用域內，直到查詢以分號或接續子句結束為止。

查詢表達式可能包含多個 from 子句。當來源序列中的每個元素本身是集合或包含集合時，請多使用 from 子句。例如，假設您有一個 Country 物件的集合，而每個物件都包含一個名為 City的 Cities 物件集合。若要查詢每個 City中的 Country 物件，請使用兩個 from 子句，如下所示：

IEnumerable<City> cityQuery =
    from country in countries
    from city in country.Cities
    where city.Population > 10000
    select city;

如需詳細資訊，請參閱子句中的。

結束查詢表達式

查詢表達式的結尾必須是 group 子句或 select 子句。

群組子句

使用 group 子句，產生由您指定的鍵值所組織的群組序列。索引鍵可以是任何數據類型。例如，下列查詢會建立一連串的群組，其中包含一或多個 Country 物件，且其索引鍵是 char 類型，其值為國家/地區名稱的第一個字母。

var queryCountryGroups =
    from country in countries
    group country by country.Name[0];

如需有關群組條款的詳細資訊，請參閱第條款。

select 子句

使用 select 子句來產生所有其他序列類型。簡單的 select 子句只會產生與數據源中包含的物件相同類型的物件序列。在此範例中，數據源包含 Country 物件。 orderby 子句只會將元素按新的順序排序，而 select 子句會生成重新排序的 Country 物件序列。

IEnumerable<Country> sortedQuery =
    from country in countries
    orderby country.Area
    select country;

select 子句可用來將源數據轉換成新類型的序列。此轉換也稱為投影。在下列範例中，select 子句專案只包含原始專案中字段子集的匿名型別序列。新物件通過使用物件初始化器來初始化。

var queryNameAndPop =
    from country in countries
    select new
    {
        Name = country.Name,
        Pop = country.Population
    };

因此，在此範例中，需要 var，因為查詢會產生匿名類型。

如需有關 select 子句可以用來轉換來源資料的所有方式的詳細資訊，請參閱 select 子句。

將內容延續到

您可以使用 into 或 select 子句中的 group 關鍵詞來建立儲存查詢的暫存標識符。當您必須在群組或選取作業之後對查詢執行額外的查詢作業時，請使用 into 子句。在下列範例中，countries 會根據人口以每1000萬一組進行分組。建立這些群組之後，並使用更多子句來篩選某些群組，然後將群組進行遞增排序。若要執行這些額外作業，需要以 countryGroup 表示的接續。

// percentileQuery is an IEnumerable<IGrouping<int, Country>>
var percentileQuery =
    from country in countries
    let percentile = (int)country.Population / 1_000
    group country by percentile into countryGroup
    where countryGroup.Key >= 20
    orderby countryGroup.Key
    select countryGroup;

// grouping is an IGrouping<int, Country>
foreach (var grouping in percentileQuery)
{
    Console.WriteLine(grouping.Key);
    foreach (var country in grouping)
    {
        Console.WriteLine(country.Name + ":" + country.Population);
    }
}

如需詳細資訊，請參閱 into。

篩選、排序和聯結

在起始 from 子句和結束 select 或 group 子句之間，所有其他子句（where、join、orderby、from、let）都是選擇性的。任何選擇性子句都可以在查詢主體中使用零次或多次。

where 子句

使用 where 子句，根據一或多個述詞表達式篩選出源數據中的元素。在下列範例中，where 子句包含一個述词，并具有两个条件。

IEnumerable<City> queryCityPop =
    from city in cities
    where city.Population is < 15_000_000 and > 10_000_000
    select city;

如需詳細資訊，請參閱 where 子句。

排序子句

使用 orderby 子句，以遞增或遞減順序排序結果。您也可以指定次要排序順序。下列範例會使用 country 屬性，在 Area 對象上執行主要排序。然後，它會使用 Population 屬性來執行次要排序。

IEnumerable<Country> querySortedCountries =
    from country in countries
    orderby country.Area, country.Population descending
    select country;

ascending 關鍵詞是選擇性的;如果未指定任何順序，則為預設排序順序。如需詳細資訊，請參閱排序子句。

join 子句

使用 join 子句，根據每個元素中指定索引鍵之間的相等比較，將一個數據來源中的元素與另一個數據來源中的元素關聯或結合。在 LINQ 中，聯結作業會在元素為不同類型的物件序列上執行。將兩個序列聯結後，您必須使用 select 或 group 敘述來指定要儲存在輸出序列中的元素。您也可以使用匿名類型，將每個相關聯元素集的屬性結合成輸出序列的新類型。下列範例會關聯 prod 物件的 Category 屬性符合 categories 字串陣列中的其中一個類別。篩除 Category 未匹配 categories 中任何字串的產品。select 語法會創建一個新類型，其屬性來源於 cat 和 prod。

var categoryQuery =
    from cat in categories
    join prod in products on cat equals prod.Category
    select new
    {
        Category = cat,
        Name = prod.Name
    };

您也可以使用 into 關鍵詞，將 join 作業的結果儲存至暫存變數，以執行群組聯結。如需詳細資訊，請參閱 join 子句。

let 子句

使用 let 子句，將表達式的結果儲存在新的範圍變數中，例如方法呼叫。在下列範例中，變數 firstName 儲存 Split傳回的字串陣列中的第一個元素。

string[] names = ["Svetlana Omelchenko", "Claire O'Donnell", "Sven Mortensen", "Cesar Garcia"];
IEnumerable<string> queryFirstNames =
    from name in names
    let firstName = name.Split(' ')[0]
    select firstName;

foreach (var s in queryFirstNames)
{
    Console.Write(s + " ");
}

//Output: Svetlana Claire Sven Cesar

如需詳細資訊，請參閱 let 子句。

查詢表達式中的子查詢

查詢子句本身可能包含查詢表示式，有時稱為 子查詢。每個子查詢都會以它自己的 from 子句開頭，該子句不一定指向第一個 from 子句中的相同數據源。例如，下列查詢會顯示 select 語句中用來擷取群組作業結果的查詢表達式。

var queryGroupMax =
    from student in students
    group student by student.Year into studentGroup
    select new
    {
        Level = studentGroup.Key,
        HighestScore = (
            from student2 in studentGroup
            select student2.ExamScores.Average()
        ).Max()
    };

如需詳細資訊，請參閱對群組作業執行子查詢。

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查詢變數

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群組子句

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篩選、排序和聯結

where 子句

排序子句

join 子句

let 子句

查詢表達式中的子查詢

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