Lekce 7 - LINQ v C# .NET - Revoluce v dotazování

V předešlém cvičení, Řešené úlohy k 5.-6. lekci práce s kolekcemi v C# .NET, jsme si procvičili nabyté zkušenosti z předchozích lekcí.

V dnešním C# .NET tutoriálu se zaměříme na technologii LINQ, která představuje soubor nástrojů pro dotazování se na data. Jedná se o velmi revoluční technologii, která práci s jakýmikoli daty zjednodušuje a zobecňuje.

Motivace

Určitě jsme všichni dosud pracovali s různými typy kolekcí různým způsobem. Jinak jsme hledali prvek v poli, jinak jsme četli data z XML souboru a jinak jsme hledali uživatele v databázi. Představme si však, že by existoval jeden unifikovaný způsob, jakým by se dalo na data dotazovat. Že bychom mohli tentýž dotaz spustit jak na obyčejném poli, tak na XML souboru nebo databázi. Asi tušíte, že LINQ nám poskytuje přesně takový komfort. Jedná se o obrovskou abstrakci, která je vykoupena pouze zanedbatelným snížením výkonu a která vyhnala programování v C# do nových výšin.

LINQ jako jazyk

LINQ je poměrně sofistikovaná a rozsáhlá technologie. Její název je odvozený od anglického Language INtegrated Query. Jak název napovídá, jedná se o dotazovací jazyk, který je integrovaný přímo do syntaxe jazyka C#. Je tedy jeho součástí, a to od C# 3.0 a .NET frameworku 3.5. Od novějších verzí běží dokonce na více vláknech, což zvyšuje efektivitu této technologie.

LINQ je velmi podobný jazyku SQL, je to tedy jazyk deklarativní. Programu sdělíme, co hledáme, a už nás moc nezajímá, jakým způsobem program data pro nás opravdu vyhledá. Výhodou integrace LINQ do C# je syntaktická kontrola dotazů při překladu programu.

Než půjdeme dál, ukažme si malý příklad. Založme si nový projekt, půjde o konzolovou aplikaci jménem LINQ. Vytvoříme si jednoduché pole textových řetězců.

string[] jmena = {"David", "Martin", "Dan", "Petr", "Vratislav", "Eliška"};

Nyní si pomocí LINQ dotazu z tohoto pole vybereme ty položky, jejichž délka je větší než pět písmen. Do programu zapíšeme následující kód:

var dotaz = from j in jmena
            where (j.Length > 5)
            select j;

Dotaz nápadně připomíná SQL, proto mají výhodu ti, kteří ho znají. Myslíme, že SQL nad polem jste ještě nevolali, že? Dotaz si hned podrobně popíšeme, nejprve však dokončeme náš program, a to tím, že si výsledek dotazu vypíšeme do konzole:

{CSHARP_CONSOLE}

string[] jmena = { "David", "Martin", "Dan", "Petr", "Vratislav", "Eliška" };
var dotaz = from j in jmena
            where (j.Length > 5)
            select j;


// výpis výsledku
foreach (string jmeno in dotaz)
{
    Console.WriteLine(jmeno);
}
Console.ReadKey();
{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup programu:

Konzolová aplikace
Martin
Vratislav
Eliška

Jak vypadá dotaz

Vraťme se k našemu dotazu, který vypadal takto:

var dotaz = from j in jmena
            where (j.Length > 5)
            select j;

Znalci SQL budou jistě překvapení, že je dotaz pozpátku. Má to své opodstatnění, ke kterému dojdeme.

Nejprve určujeme, odkud budeme data vybírat. K tomu slouží klíčové slovo from. Za from následuje proměnná, která bude ve zbytku dotazu reprezentovat prvek z kolekce. Dále následuje klíčové slovo in a samotná kolekce. Je to podobné jako u cyklu foreach. Dotazy se píšou na několik řádků, aby byly přehlednější. To oceníme zejména u těch složitějších.

Pro opodmínkování můžeme uvést řádek s klíčovým slovem where, za nímž následuje podmínka. Podmínky v tomto případě píšeme úplně stejně, jako jsme to dělali doposud.

Na posledním řádku následuje klíčové slovo select, pomocí nějž určíme, co vybíráme. Zde vybíráme celý prvek z kolekce, tedy j. Stejně tak bychom ale mohli vybrat třeba jen jeho délku j.Length nebo cokoli jiného.

Klíčové slovo var

Dotaz ukládáme do proměnné typu var. S tímto typem jsme se ještě nesetkali a vlastně to ani datový typ není. Klíčové slovo var nám umožňuje přenechat výběr datového typu na kompileru (tedy, že ho za nás přiřadí C# sám při překladu). Teoreticky bychom var mohli použít i jindy, např. takto:

var s = "C# pozná, že toto je string, a dá proměnné s typ string";
var i = 10;

C# kód výše přeloží v podstatě na toto:

string s = "C# pozná, že toto je string, a dá proměnné s typ string";
int i = 10;

Klíčové slovo var tedy umožňuje určit datový typ až při překladu programu a vlastně nás od datového typu odstiňuje. V běžných programech by bylo slovo var na obtíž, jelikož specifikace typů má svůj smysl. Typy tedy budeme psát dále a v žádném případě je nenahrazujte slovem var, jak se to někteří začátečníci zcela chybně učí.

Klíčové slovo var bylo zavedeno kvůli LINQ, a to ze tří důvodů:

• Datové typy dotazů jsou poměrně složité a bylo by komplikované je vždy explicitně specifikovat.
• Když změníme typ kolekce, změní se také typ dotazu, což by vyžadovalo zbytečnou editaci kódu a snížilo by to obecnost technologie.
• S LINQ přicházejí tzv. anonymní typy, u kterých se bez var neobejdeme. Brzy se k nim dostaneme.

Pamatujme si, že var má své místo hlavně v dotazech a v běžném kódu by se neměl příliš vyskytovat, i když by se tam teoreticky dalo použít.

Obecně platí poučka, že var můžeme použít v případě, že zjednoduší deklaraci, ale přitom je stále jasné, jakého typu proměnná je. Ukažme si čtyři příklady bez var a s var:

int a = 10;
List<Dictionary<string, string>> slovniky = new List<Dictionary<string, string>>();
IOrderedQueryable<Uzivatel> prazane = from u in db.Uzivatele
                                      where u.Mesto == "Praha"
                                      orderby u.Jmeno
                                      select u;
int b = a;

Pomocí var můžeme kód upravit takto:

var a = 10;
var slovniky = new List<Dictionary<string, string>>();
var prazane = from u in db.Uzivatele
              where u.Mesto == "Praha"
              orderby u.Jmeno
              select u;
var b = a;

U první proměnné nám var nepřinese žádné zjednodušení. U generického listu generických slovníků se jeho použití naopak vyplatí, a jelikož z pravé strany přiřazení také vidíme, jakého typu je proměnná slovniky, var je zde i dobrou volbou. Přesto by však bylo čistší napsat na něco podobného třídu, neboť ukládat kolekce kolekcí je spíše špatná praktika. U LINQ dotazu je typ složitý, a pokud bychom např. odmazali orderby, změnil by se na IQueryable<Uzivatel>. Takto nemusíme nad typem přemýšlet ani ho měnit spolu s dotazem. Poslední užití slova var je odstrašující. Z řádky vůbec nepoznáme, co do proměnné b ukládáme.

Další častou chybou je, že si lidé myslí, že var deklaruje proměnnou dynamického typu, tedy že do ní můžeme uložit, co chceme. Avšak není tomu tak. Typ se napevno určí při překladu a během programu ho nelze měnit. Kód níže tedy nebude fungovat:

// tento kód nebude fungovat
var promenna = "Nyní tam je text";
promenna = 10; // Nyní tam je číslo

Program výše vytvoří proměnnou typu string a poté spadne, protože se do typu string snažíme uložit int.

Pod pokličkou

Nyní si vysvětlíme, jak to celé funguje. Když se podíváme na začátek našeho zdrojového kódu, uvidíme, že obsahuje následující using:

using System.Linq;

Ten je přednačtený u všech typů projektů. Zkusme ho zakomentovat. V tu chvíli nám Visual Studio podtrhne v dotazu proměnnou jmena.

LINQ funguje pomocí tzv. providerů. Těch je několik typů a je také možné definovat si vlastní. My nyní používáme LINQ To Objects, který je implementován právě ve jmenném prostoru System.Linq a který rozšíří obyčejné kolekce, jako jsou např. pole a listy, o další metody navíc. Pod pokličkou jsou tedy rozšiřující metody.

Zkusme si nyní (ještě se zakomentovaným using) vyvolat nabídku metod na našem poli. Napišme jmena. (jmena a tečku), abychom seznam metod na poli vyvolali:

Nyní řádek opět odkomentujme a udělejme totéž znovu:

Na obyčejném poli máme najednou kvantum nových metod. Když C# vykonává LINQ dotaz, volá na pozadí na kolekci tyto metody. Ty jsou řešené přes lambda výrazy, s nimiž jsme se již setkali v OOP kurzu.

Náš dotaz…

var dotaz = from j in jmena
            where (j.Length > 5)
            select j;

… tedy C# zprocesuje a vygeneruje následující kód:

{CSHARP_CONSOLE}

string[] jmena = { "David", "Martin", "Dan", "Petr", "Vratislav", "Eliška" };


var dotaz = jmena.Where(j => j.Length > 5).Select(j => j);

// výpis výsledku
foreach (string jmeno in dotaz)
{
    Console.WriteLine(jmeno);
}
Console.ReadKey();

{/CSHARP_CONSOLE}

Výstup:

Konzolová aplikace
Martin
Vratislav
Eliska

Můžete si vyzkoušet, že dotaz bude fungovat stejně. Máme možnost s LINQ pracovat i takto, ale pomocí SQL-like zápisu je to mnohem stravitelnější. Mimochodem, právě jsme si vysvětlili, proč je v dotazu nejprve where a až poté select. Data se musí nejprve najít metodou Where() a z výsledku se teprve poté označí metodou Select(), co nás zajímá. Důvodem je tedy posloupnost metod pod pokličkou technologie.

Na závěr si prozraďme, na co se v našem případě přeloží onen záhadný typ var. Výsledný typ dotazu na našem poli je:

System.Linq.Enumerable.WhereArrayIterator<string>

Jelikož nemůžeme z hlavy vědět, jaký typ LINQ zrovna vrátí (přesněji řečeno bychom od toho měli být odstíněni), byl zaveden právě typ var, jak již bylo řečeno výše.

V příští lekci, LINQ providery, anonymní typy, řazení a seskupování, budeme pokračovat v dotazování.

 

Měl jsi s čímkoli problém? Stáhni si vzorovou aplikaci níže a porovnej ji se svým projektem, chybu tak snadno najdeš.