LINQ

1
Integrierte deklarative Abfragesprachen in
imperativen Programmiersprachen am Beispiel von:
Language INtegrated Query – LINQ
Datenabfragen in C#
Proseminar
Programmierparadigmen und Sprachen
Christian Piechnick
SS 2009
Agenda
02
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
1. Wozu LINQ ?
2. Was ist LINQ ?
3. Woher kommt LINQ ?
4. Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
5. Wie funktioniert LINQ ?
6. Warum LINQ / Warum Nicht?
01 Wozu LINQ ?
03
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Wie fragen wir normalerweise Daten ab ?
Liefere mir eine Liste
Ausgabeformat
Von allen Webseiten der Welt
Datenquelle
die etwas mit LINQ zu tun haben
Einschränkungen
-
deklarativ
mengenorientiert
01 Wozu LINQ ?
04
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Abfragen von Datenbanken in SQL Syntax
Liefere mir eine Liste
Von allen Kunden
Die mehr als 1000 € bezahlt haben
SELECT C.*
FROM Customers C
WHERE ( SELECT SUM(Price) * SUM(Quantity)
FROM Orders O
WHERE O.CustID = C.CustID ) > 1000
01 Wozu LINQ ?
05
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Abfragen in imperativen Programmiersprachen
Liefere mir eine Liste
Von allen Kunden
Die mehr als 1000 € bezahlt haben
List<Customer> selectedCustomers = new List<Customer>();
foreach (Customer customer in context.getCustomers())
{
int sum = 0;
foreach (Order od in customer.Orders)
{
sum += od.UnitPrice * Quantity;
}
if(sum > 1000)
selectedCustomers.Add(customer);
}
01 Wozu LINQ ?
06
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Abfragen in LINQ
var cust= from c in Customers
where c.Orders.Sum(o => o.UnitPrice * o.Quantity) > 1000
select c;
List<Customer> selectedCustomers = new List<Customer>();
foreach ( Customer customer in getCustomers() )
{
int sum = 0;
foreach (Order od in customer.Orders)
{
sum += od.UnitPrice * Quantity;
}
if(sum > 1000)
selectedCustomers.Add(customer);
}
deklerativ
imperativ
01 Wozu LINQ ?
07
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Wie gehen wir mit heterogenen Datenquellen um ?
Objekte
Datenbanken
XML-Datein
DBFramework
XML
Library
Programmcode
Web Services
WS
Library
02 Was ist LINQ ?
08
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
02 Was ist LINQ ?
09
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
LINQ
-
Erweiterung des .NET Frameworks und Spracherweiterungen der .NET Sprachen
Typsichere Abfragesprache auf Ebene der Programmiersprache
SQL-ähnliche Syntax (Syntaxprüfung durch Compiler)
Wählt den Ansatz der deklarativen Programmierung (High-Level)
C#
Visual Basic
Andere Sprachen
.NET Language Integrated Query (LINQ)
.NET basierte Sprachen
.NET Framework
LINQ-fähige Datenquellen
LINQ-fähiges ADO.NET
LINQ to
Objects
LINQ to
Dataset
LINQ to
SQL
LINQ Provider
LINQ to
Entities
LINQ to
XML
<Book>
<author/>
<Book>
Datenquellen
02 Was ist LINQ ?
10
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
LINQ - Frameworkprovider
LINQ to Objects
LINQ to XML
LINQ to SQL
LINQ to ADO.NET
LINQ to Entities
arbeitet auf IEnumerable
arbeitet auf XML Strukturen
arbeitet auf dem Microsoft SQL Server
arbeitet auf ADO.NET Datenquellen
arbeitet auf beliebigen relativen Datenbanken
LINQ – Weitere Provider
LINQ to Amazon
LINQ to NHibernate
LINQ to Flickr
LINQ to Google
LINQ to LDAP
…
03 Woher kommt LINQ ?
11
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
03 Woher kommt LINQ ?
12
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Die .NET Plattform
- .NET ist eine von Microsoft entwickelte Software-Plattform
- 2002 erstmals veröffentlicht (zusammen mit Visual Studio als IDE)
- .NET ist eine Implementierung der CLI (Common Language Infrastructure)
- CLI ist ein ECMA Standard
- soll sprach- und plattformunabhängige Entwicklung und Ausführung ermöglichen
03 Woher kommt LINQ ?
13
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Die .NET Plattform
C#
VB.NET
C++
…
C#
Compiler
VB.NET
Compiler
C++
Compiler
…
CLS
Common Language Specification
CIL
Zwischencode
Common Intermediate Language
JIT Compiler
für Windows
JIT Compiler
für anderes Betriebssystem
Maschinencode
Maschinencode
CLR
Common Language Runtime
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
14
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
15
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Type Inference
var
var
var
var
var
name
num
num2
num3
cust
=
=
=
=
=
„Peter“;
25;
25.5;
25.5F;
new Customer();
String
int
double
float
Customer
- deklarieren von Variablen ohne explizite Angabe des Typs
- implizites Ableiten des Typs durch Deklaration (strenge Typisierung)
- Type Inference sollte nicht aus Faulheit benutzt werden
Verwendung
1. Deklaration von Annonyme Typen
2. Zur Vermeidung von sehr langen Typen (Rückgabetypen von LINQ-Statements)
3. Umgang mit wechselnden Typen während der Entwicklung
Was ist LINQ ? - Sprachgrundlagen
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Type Inference
var name = „Peter“;
String
var
var
var
var
Integer
Double
Float
Customer
num
num2
num3
cust
=
=
=
=
25;
25.5;
25.5F;
new Customer();
C#
Compiler
16
String name = „Peter“;
int num = 25;
double num2 = 25.5;
float num3 = 25.5F;
Customer cust = new Customer();
Pseudo
CIL
Was ist LINQ ? - Sprachgrundlagen
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Anonyme Typen
var person = new { Name = „Peter“ }
Console.WriteLine( person.Name );
- Klassen ohne vordefinierten Typ
- besitzen nur lesbare Properties
- Typ der Properties wird über Type Inference ermittelt
- Anonyme Typen können nicht praktikabel als Parameter übergeben werden
Verwendung
- werden als temporäre Typen für kurze Verarbeitung genutzt
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
18
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Extension Methods – Erweiterungsmethoden
- Klassen statisch um Funktionalität erweitern
- Methoden zu Klassen „hinzufügen“ ohne den Quellcode der Klasse zu manipulieren
Konsequenzen
- erhöht die Lesbarkeit des Quellcodes
- ermöglicht Interfaces um Funktionalität zu erweitern
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
19
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Extension Methods
public static class MyExtensions
{
public static int Add(this int a, int b)
{
return a+b;
}
}
int x = 12;
int c = x.Add( 10 );
//c = 22
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
20
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Extension Methods – „Erweiterung“ von Interfaces
public interface ICatalog
{
void AddItem( String itemName );
…
}
public static class MyExtensions
{
public static void Sort(this ICatalog catalog)
{
//Implementierung der Sortierung
}
}
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Wozu Extension Methods – Statische Helper-Klassen vs. Extension Methods
Szenario:
- Personen die einen Namen und ein Gehalt haben
- Man braucht Filter die eine Liste von Personen nach Namen und Gehalt filtern
List<Person> filterByName( List<Person> per, String name )
List<Person> filterBySalery( List<Person> per, int salery )
Mit Helper Klasse:
MyHelper.filterByName( MyHelper.filterBySalery( persons,1000 ), „Peter );
Mit Extension Methods:
persons.filterBySalery( 1000 ).filterByName( „Peter“ );
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
22
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Lambda Expressions
Func<int, int, int> myFunction = (x,y) => x + y;
myFunction(1,2);
//3
- andere Syntax für „annonyme Methoden“ auf Basis von Funktionszeigern (delegates)
- Annonyme Methoden und Delegates wurden mit .NET 2.0 eingeführt
- Lambda Expressions sollen kürzere und besser lesbare Schreibweise darstellen
- Parameters => Body
- „=>“ ist der Lambda Operator
- Func<int, int, int> symbolisiert eine Funktion, die 2 int Objekte als Eingabe auf ein int Objekt abbildet
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Lambda Expressions – High Order Functions
Func<int, bool> greaterTwo = x => x > 2;
Func< Func<int,bool>, int, int > myFunction = (f, x) => f(x) ? x + 1 : 1;
myFunc( greaterTwo, 1 );
myFunc( greaterTwo, 2 );
// 2
// 1
- Methoden die andere Methoden als Eingabewerte haben
- Über Funktionszeiger (delegates) ist es möglich Methoden als Parameter zu übergeben
- strenge Typisierung über Generics
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Expression Trees
- Expression Trees überführen ausführbaren Code in „Daten“
- Expression ist ein DOM für abstract syntax trees
- Expression Trees sehen diesen Baum als Daten
 Expression Trees sind kein ausführbarer Code
- können mit der Methode Compile() zur Laufzeit in ausführbaren Code überführt werden
04 Welche Erweiterungen benötigt LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Expression Trees
Expr< Func< int, int, int > > myExpression = (x,y) => x + y;
Expression
Parameters
x
y
Body – Binary Expression
Left
Parameter
Expression
x
Right
Node Type:
Add
Parameter
Expression
y
05 Wie funktioniert LINQ ?
26
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
05 Wie funktioniert LINQ ?
27
Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Operatoren
- jede Abfrage beginnt mit:
from element in LINQ-fähige-Datenquelle
Restriction
Where
Projection
Select, SelectMany
Ordering
OrderBy, ThenBy
Grouping
GroupBy
Quantifiers
Any, All
Paritioning
Take, Skip, TakeWhile, SkipWhile
Sets
Distinct, Union, Intersect, Except
Elements
First, FirstOrDefault, ElementAt
Aggregation Count, Sum, Min, Max, Average
Conversion
ToArray, ToList, ToDictionary
05 Was ist LINQ ? - Sprachgrundlagen
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Ergebnisberchnung
- Datenquelle und select geben an welchen Typ das Ergebnis hat
LINQ-to-Objects
LINQ-to-XML
in-memory
IEnumerable
LINQ-to-SQL
LINQ-to-Entities
LINQ-to-Dataset
delegiert
IQueryable
Delegates
ExpressionTree
05 Wie funktioniert LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Ergebnisberchnung mit IQueryable
- Bei einer delegierten LINQ-Abfrage wird ein Objekt des Typs IQueryable zurückgegeben
- IQueryable repräsentiert den ExpressionTree der Anfrage mit zusätzlichen Informationen
- erst wenn man mit dem Resultat arbeitet wird der Expression Tree in ausführbaren Code übersetzt
und die Anfrage ausgeführt
var query = from entry in dbcontext.Addressbook
where entry.Lastname.StartsWith( „P“ )
select entry;
PrintValues( query );
//Hans Pech, Max Proll
dbcontext.Addressbook.Add( new Entry( „Lisa“, “Pech“ );
PrintValues( query );
//Hans Pech, Max Proll, Lisa Pech
05 Wie funktioniert LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Abfragetransformation
- LINQ Keywords sind keine reservierten Keywords sondern kontextuell Keywords
- Jedes LINQ Keyword hat eine äquivalente ExtensionMethod
- Jede LINQ-Abfrage ist in eine äquivalente Form mit ExtensionMethods überführbar
var query = from customer in Customers
where customer.Name.startsWith(„A“)
select customer;
var query = Customers.Where( c => c.Name.startsWith(„A“) ).Select( c => c );
static IEnumerable<T> Where( this IEnumerable<T> source, Func<T,bool> predicate )
05 Wie funktioniert LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
var cust = from c in context.Customers
where c.Name = „Peter“
select c;
LINQ Statement
var cust = context.Customers.Where( c => c.Name == „Peter“ );
Lambda
Expression
delegiert
In-memory
Anfragetransformation
abstract
syntax tree
SELECT C.*
FROM Customers C
WHERE C.Name = „Peter“
Datenquellabhängige
Anfrage
05 Wie funktioniert LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
PLINQ – Parallel Linq
- deklarativer oder funktionaler Code lässt sich einfacher automatisch parallelisieren
- PLINQ wird Teil des .NET Frameworks 4.0 sein
- Parallelisieren der Anfrageausführung von in-memory-Datenquellen (Objects, XML etc.)
var query = ( from customer in Customers
where customer.Name.startsWith(„A“)
select customer ).AsParallel(2);
06 Warum LINQ ?
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Agenda | Wozu | Was | Woher | Welche | Wie | Warum
Vorteile
- Datenquellenunabhängige Abfragesprache
- Vom Compiler lesbar (syntaktische Fehler werden zur Compile-/Entwicklungszeit erkannt)
- Vom Entwickler lesbar (kürzerer und klarerer Quellcode)
Nachteile
- Erlernen einer „neuen Technologie“
- zum Teil bringen LINQ-Provider spezifische Technologien mit, die man verwenden muss
- zur Zeit kann man in einer Query nur eine delegierende Datenquelle verwenden