C# ：IQueryable IEnumerable

1. IEnumerable

namespace System.Collections:
public interface IEnumerable
{
  public IEnumerator GetEnumerator ();
}

public interface IEnumerator
{
    pubilc object Current { get; }
    public bool MoveNext ();
    public void Reset ();
}

IEnumerable 只有一个方法 GetEnumerator(), 既实现IEnumerable的所有泛型集合，都具备可枚举(IEnumerator)的能力。

IEnumerator 只有一个属性 Current，和两个方法 MoveNext() \ Reset()。

通过 MoveNext() 和 Current 可以不停地移动 enumerator 的位置并返回当前的元素。

Reset() 会将 enumerator 设置到初始位置，既第一个元素之前。

2. IQueryable

namespace System.Linq:

public interface IQueryable<out T> : System.Collections.Generic.IEnumerable<out T>, System.Linq.IQueryable {}

public interface IQueryable : System.Collections.IEnumerable
{
    // 表达式树返回结果的元素类型
    public Type ElementType { get; }

    // 获取IQueryable实例的表达式树
    public System.Linq.Expressions.Expression Expression { get; }

    public System.Linq.IQueryProvider Provider { get; }
}

// 定义用于创建和执行IQueryable对象所描述的查询的方法
public interface IQueryProvider
{
   public System.Linq.IQueryable CreateQuery(System.Linq.Expressions.Expression expression);

   public System.Linq.IQueryable<TElement> CreateQuery<TElement> (System.Linq.Expressions.Expression expression);

   public object? Execute(System.Linq.Expressions.Expression expression);

   public TResult Execute<TResult> (System.Linq.Expressions.Expression expression);
}

IQueryable 继承 IEnumerable，所以 IQueryable 具备可枚举的能力。

IQueryable 中的 Expession / Provider 则用来实现LINQ to SQL，具体可以看接下来的2节详细解释。

3. LINQ to SQL

LINQ to SQL是.Net Framework v3.5的组件，是能够提供将关系数据作为对象管理的运行时基础结构。

以往，编程语言通过 API 访问数据库数据的时候，需要将查询语句转为文本字符串。LINQ to SQL则会将对象模型中的语言集成查询转换为SQL，并发给数据库执行。当返回结果时，LINQ to SQL会再转换回可以用编程语言处理额对象。

所以，当拥有一个查询的时候，并不意味着查询已经执行：

var q = from c in dbContext.Customers Where c.City == ":London" select c;

命令对象会保留描述查询的字符串，IQueryable 对象的 Expression。命令对象的 ExecuteReader() 方法执行后，以 DataReader 形式返回结果。IQueryable 对象通过 GetEnumerator() 方法返回 IEnumerator 结果。

如下 foreach 会执行两次 query，这种行为成为延迟执行：

var q =
   from c in db.Customers
   where c.City == "London"
   select c;
// Execute first time
foreach (Customer c in q)
   Console.WriteLine(c.CompanyName);
// Execute second time
foreach (Customer c in q)
   Console.WriteLine(c.CompanyName);

如果提前将结果转为任意标准的集合类，可以避免重复执行。

var q =
   from c in db.Customers
   where c.City == "London"
   select c;
// Execute once using ToList() or ToArray()
var list = q.ToList();
foreach (Customer c in list)
   Console.WriteLine(c.CompanyName);
foreach (Customer c in list)
   Console.WriteLine(c.CompanyName);

更多资料：LINQ：.NET Language-Integrated查询

4. IEnumerable & IQueryable

4.1 Expression

针对 IEnumerable所设计的扩展方法都将表达式视为委托，而针对 IQueryable 的那些扩展方法用的则是表达式树(expression tree)。

IQueryable 会解析表达式树，并把这棵树表示的逻辑转为 provider 能够操作的格式，将其放在离数据最近的地方去执行。即传输数据往往会少于 IEnumerable，总体性能更好。

借鉴《Effective C#》中的例子，如下两种写法，返回的结果相同，但是工作方式却不同:

// 1. use IQueryable
var q = from c in dbContext.Customers Where c.City == ":London" select c;
var finalAnswer = from c in q ordery c.Name select c;

// 2. use Enumerable
var q = (from c in dbContext.Customers where c.City == "London" select c).AsEnumerable();
var finaAnswer = from c in q orderby c.Name select c;

方法1，采用的是 IQueryable内置的 LINQ to SQL，q的查询语句，会和第二行的组合起来，即只需要向数据库发送一次调用，where和orderby会在同一次sql查询操作里完成。

方法2，则是把数据库对象从 IQueryable 强制转为了 IEnumerable形式的标准可枚举对象，即先向数据库发送查询请求，获得所有的数据后，放在本地进行排序操作。

假如每种方法第二行还有一次 where 筛选一部分数据，那么方法1会组合2次 where，数据库只会返回最终目标数据集。而方法2会先从数据把所有第一次 where 得到的数据传到本地，之后在本地再次筛选，无疑增加了网络数据传输量。

4.2 Provider

IQueryable 的 Provider 未必能支持每一种查询方式，只能支持某些固定的运算符、方法，所以一旦查询操作里面调用除此之外的方法，那么就有可能把序列当成 IEnumerable 来查询，而非 IQueryable，否则会抛出异常。

再上《Effective c#》例子：

private bool isValidProduct(Product p) => p.ProductName.LastIndexOf('C') == 0;

// 1. 转为 Enumerable 执行
var q1 = from p in dbContext.Products.AsEnumerable() where isValidProduct(p) select p;

// 2. 直接执行 IsValidProduct
var q2 = from p in dbContext.Products where isValidProduct(p) select p;