C# 2.0 泛型規範深度解析（三）：匿名方法完整規範與捕獲變量語義

第 21 章：匿名方法——內聯委托的語言級支援

C# 2.0 引入匿名方法，允許在需要委托值的地方直接編寫代碼塊，類似 Lambda 表達式的前身。它不僅簡化語法，更通過外部變量捕獲實現閉包語義，極大增強了委托的表達力。本文完整解析規範第 21 章：表達式語法、簽名兼容、轉換規則、塊限制、外部變量捕獲與生命週期、計算語義、委托創建優化。

21.1 匿名方法表達式語法

anonymous_method_expression:
  delegate  anonymous_method_signature_opt  block

anonymous_method_signature:
  ( anonymous_method_parameter_list_opt )

anonymous_method_parameter_list:
  anonymous_method_parameter (',' anonymous_method_parameter)*
anonymous_method_parameter:
  parameter_modifier_opt  type  identifier

• 歸類為無類型值，僅透過隱式轉換至兼容委托類型。
• 定義新宣告空間（參數、區域變數、常數、標籤）。

21.2 匿名方法簽名與委托兼容性

有簽名 vs 無簽名

• 有簽名：兼容委托需參數數量、類型、修飾符（ref/out）完全一致。最後參數是否 params 不影響兼容性。
• 無簽名：兼容無 out 參數的任意委托（參數數量、類型不限）。參數在塊內不可訪問。

返回類型兼容

• 委托返回 void → 匿名方法中 return 不得帶運算式。
• 委托返回 R → 所有 return 運算式需隱式轉換至 R，且塊結束點不可達（即所有路徑必須 return/throw）。

示例

delegate void D(int x);
D d1 = delegate { };           // OK (無簽名)
D d2 = delegate() { };         // 錯誤：簽名不匹配 (無參 vs 1參)
D d3 = delegate(long x) { };   // 錯誤：類型不匹配
D d4 = delegate(int x) { };    // OK
D d5 = delegate(int x) { return; }; // OK
D d6 = delegate(int x) { return x; }; // 錯誤：返回類型不匹配

delegate void E(out int x);
E e1 = delegate { };                    // 錯誤：委托有 out 參數
E e2 = delegate(out int x) { x = 1; };  // OK
E e3 = delegate(ref int x) { x = 1; };  // 錯誤：ref/out 不匹配

delegate int P(params int[] a);
P p1 = delegate { };           // 錯誤：塊結束點可達
P p2 = delegate { return; };   // 錯誤：返回類型不匹配
P p3 = delegate { return 1; }; // OK
P p4 = delegate { return "Hello"; }; // 錯誤
P p5 = delegate(int[] a) { return a[0]; } // OK
P p6 = delegate(params int[] a) { return a[0]; } // 錯誤：匿名方法簽名不可含 params

21.3 匿名方法轉換

• 僅存在隱式轉換至兼容委托類型。
• 無轉換至 object 或其他類型。
• 委托創建表達式 new D(delegate { ... }) 等價於強制轉換 (D)delegate { ... }。

21.4 匿名方法塊限制

21.5 外部變量與捕獲機制

定義

作用域包含匿名方法表達式的區域變數、值參數、參數陣列，以及實例函數成員中的 this（視為值參數）。

21.5.1 捕獲與生命週期延長

外部變量被匿名方法引用即被捕獲。正常區域變量生命週期限於關聯塊/語句執行期；捕獲變量生命週期至少延長至引用其的委托符合垃圾回收條件為止。

delegate int D();
static D F() {
  int x = 0;
  D result = delegate { return ++x; } // 捕獲 x
  return result;
}
static void Main() {
  D d = F();
  Console.WriteLine(d()); // 1
  Console.WriteLine(d()); // 2
  Console.WriteLine(d()); // 3
}

x 被捕獲，生命週期超出 F()，三次調用操作同一實例，輸出 1,2,3。

// 情況 A：循環內聲明 → 每次迭代新實例
static D[] F() {
  D[] result = new D[3];
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    int x = i * 2 + 1;          // 每次迭代新 x
    result[i] = delegate { Console.WriteLine(x); };
  }
  return result;
}
// 輸出：1, 3, 5

// 情況 B：循環外聲明 → 單一實例
static D[] F() {
  D[] result = new D[3];
  int x;
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    x = i * 2 + 1;              // 同一 x
    result[i] = delegate { Console.WriteLine(x); };
  }
  return result;
}
// 輸出：5, 5, 5

static D[] F() {
  D[] result = new D[3];
  int x = 0;                    // 共享實例
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    int y = 0;                  // 每次迭代新實例
    result[i] = delegate { Console.WriteLine("{0} {1}", ++x, ++y); };
  }
  return result;
}
// 輸出：
// 1 1
// 2 1
// 3 1

int x = 0;
Setter s = delegate(int value) { x = value; };
Getter g = delegate { return x; };
s(5); Console.WriteLine(g()); // 5
s(10); Console.WriteLine(g()); // 10

static double[] Apply(double[] a, Function f) { ... }
static void F(double[] a, double[] b) {
  a = Apply(a, delegate(double x) { return Math.Sin(x); });
  b = Apply(b, delegate(double y) { return Math.Sin(y); });
  // 兩匿名方法語義相同、捕獲集合均為空 → 編譯器可合並為同一委托
}