c#:表達式樹概念及應用場景(Expression)

環境:

window 10
vs2019 16.5.1
.netcore 3.1
.Net Reflector 10
ILSpy版本6.0.0.5559-preview2

參考：

目的：
探索什麼是表達式樹？
表達式能用來做什麼？
表達式樹在Entity Framework中起到了什麼作用？

一、什麼是表達式樹

在c#中，我們可以定義一種樹狀的數據結構來描述c#中的代碼，這種樹狀的數據結構就是表達式樹，也稱之爲表達式（各種表達式之間是可以相互嵌套的）。比如說：(5-2)+(2+3)這個表達式，拆分成樹狀結構如下圖：

當然，c#代碼肯定比這個要複雜的多，比如：你的定義語句、循環、判斷、屬性訪問等等。。。
在c#中，微軟爲每中運算類型的代碼定義了不同的表達式類型，它們有共同的基類：Expression。

表達式樹基類 `Expression`（抽象類）

它表示所有出現在c#中的代碼的類型，主要包含兩個屬性：

NodeType：這個表達式的節點類型，這是一個枚舉，c#中定義了85個節點類型
Type：這個表達式的靜態類型，也就是這個表達式的返回類型

二、常用的表達式類型有哪些？

我們直接看有哪些表達式類是繼承自Expression的：

當然還有沒有直接繼承Expression的，比如：Expression<T>（我們最常用的表達式樹，繼承自LambdaExpression），這裏我就挑選幾個表達式樹簡單描述一下：

BinaryExpression：二元運算表達式
1). Right：二元運算符的右側表達式(Expression)
2). Left：二元運算符的左側表達式(Expression)
ConstantExpression：常量表達式
1). Value：常量值，Object
ConditionalExpression：條件表達式
  1). IfFalse：爲False時的表達式(Expression)
  2). IfTrue：爲True時的表達式(Expression)
  3). Test：判斷表達式
ParameterExpression：參數表達式
1). IsByRef：參數是否傳引用
2). Name：參數名稱
LambdaExpression：lambda表達式
  1).Body：內容表達式(Expression)
  2).Parameters：參數表達式集合(ReadOnlyCollection)
  3).ReturnType：返回的類型
  4).Compile()：方法，編譯生成委託
Expression<T>：帶有泛型的表達式，一般這個T就是委託類型的，繼承自LabelExpression

三、怎麼創建表達式樹

3.1 純手工組裝

3.1.1 將簡單lambda表達式：`(x,y)=>x+y`用表達式樹的形式表示出來

static void Main(string[] args)
{
     //組裝表達式樹
     ParameterExpression para1 = Expression.Parameter(typeof(int), "x");
     ParameterExpression para2 = Expression.Parameter(typeof(int), "y");
     var paras = new ParameterExpression[] { para1, para2 };
     BinaryExpression body = Expression.Add(para1, para2);
     var expression = Expression.Lambda(body, paras);
     //編譯表達式樹
     var func = expression.Compile() as Func<int, int, int>;
     //調用執行
     var res = func(1, 2);
     Console.WriteLine($"表達式樹的執行結果:(1,2)=>{res}");
     Console.WriteLine("Hello World!");
     Console.ReadLine();
 }

運行如下：

3.1.2 將複雜的方法定義用表達式樹的形式表示出來

原方法定義：

public static string GetScoreDesc(string name, int score, int standard)
{
    string desc = "";
    if (score > standard)
    {
        desc = "已及格";
    }
    else if (score == standard)
    {
        desc = "剛及格";
    }
    else
    {
        desc = "未及格";
    }
    return name + desc;
}

用表達式樹表示如下：

private static void Test()
{
	//定義三個參數: string name,ing score,int standard
    ParameterExpression paraName = Expression.Parameter(typeof(string), "name");
    ParameterExpression paraScore = Expression.Parameter(typeof(int), "score");
    ParameterExpression paraStandard = Expression.Parameter(typeof(int), "standard");
    //定義一個局部變量：string desc;
    ParameterExpression defineDesc = Expression.Parameter(typeof(string), "desc");
    //給局部變量賦值：desc="";
    BinaryExpression assignDesc = Expression.Assign(defineDesc, Expression.Constant(""));
    //準備賦值語句：desc="已及格"
    BinaryExpression assignDescYijige = Expression.Assign(defineDesc, Expression.Constant("已及格"));
    //準備賦值語句：desc="剛及格"
    BinaryExpression assignDescGangjige = Expression.Assign(defineDesc, Expression.Constant("剛及格"));
    //準備賦值語句：desc="未及格"
    BinaryExpression assignDescWeijige = Expression.Assign(defineDesc, Expression.Constant("未及格"));
    //準備代碼：score>standard
    BinaryExpression greaterThan = Expression.MakeBinary(ExpressionType.GreaterThan, paraScore, paraStandard);
    //準備代碼：score==standard
    BinaryExpression equalThan = Expression.MakeBinary(ExpressionType.Equal, paraScore, paraStandard);
    //準備代碼：score<standard
    BinaryExpression lessThan = Expression.MakeBinary(ExpressionType.LessThan, paraScore, paraStandard);
    //組裝判斷邏輯塊：if(score>standard){desc="已及格"}else{if(score==standard){desc="剛及格"}else{desc="未及格"}}
    ConditionalExpression conditional = Expression.Condition(greaterThan, assignDescYijige, Expression.Condition(equalThan, assignDescGangjige, assignDescWeijige));
    //準備代碼：name+desc （注意：methodof運算符是用c#自定義的，代碼在後面）
    BinaryExpression addAssign = Expression.Add(paraName, defineDesc, (methodof<Func<string, string, string>>)(String.Concat));
    //定義標記：這個標記用於方法返回值
    LabelTarget labelTarget = Expression.Label(typeof(string));
    //定義返回代碼段：默認返回 desc
    LabelExpression labelExpression = Expression.Label(labelTarget, defineDesc);
    //定義return語句（這裏是goto語句）：goto labelTarget 
    GotoExpression gotoExpression = Expression.Return(labelTarget, addAssign, typeof(string));
    //組裝這個方法的方法體（指定局部變量）
    BlockExpression block = Expression.Block(typeof(string), new ParameterExpression[] { defineDesc }, assignDesc, conditional, gotoExpression, labelExpression);
    //完成組裝這個方法（指定參數）
    LambdaExpression expression = Expression.Lambda<Func<string, int, int, string>>(block, new ParameterExpression[] { paraName, paraScore, paraStandard });

	//編譯測試...
    var delega = expression.Compile();
    var func = delega as Func<string, int, int, string>;
    var res = func("xiaoming", 5, 6);
    Console.WriteLine($"func(\"xiaoming\", 5, 6)=>{func("xiaoming", 5, 6)}");
    Console.WriteLine($"func(\"xiaoming\", 2, 6)=>{func("xiaoming", 2, 6)}");
    Console.WriteLine($"func(\"xiaoming\", 6, 6)=>{func("xiaoming", 6, 6)}");
    Console.WriteLine($"func(\"xiaoming\", 8, 6)=>{func("xiaoming", 8, 6)}");
	
	//嘗試打印出表達式樹的字符串形式    
    Console.WriteLine("整體輸出...");
    Console.WriteLine(expression.ToString());
    Console.WriteLine("--------------------------start");
    Console.WriteLine(assignDesc.ToString());
    Console.WriteLine(conditional);
    Console.WriteLine(gotoExpression);
    Console.WriteLine(labelExpression);
    Console.WriteLine("---------------------------end");
}

上面用到的methodof運算符定義如下：

public class methodof<T>
{
    private MethodInfo method;

    public methodof(T func)
    {
        Delegate del = (Delegate)(object)func;
        this.method = del.Method;
    }

    public static implicit operator methodof<T>(T methodof)
    {
        return new methodof<T>(methodof);
    }

    public static implicit operator MethodInfo(methodof<T> methodof)
    {
        return methodof.method;
    }
}

整個代碼輸出如下：

從上面可以看到表達式樹不僅可以組裝簡單的lambda表達式，還可以帶語句塊的複雜方法。

3.2 使用編譯器的語法糖

同樣是上面的lambda表達式`：(x,y)=>x+y，代碼如下：

static void Main(string[] args)
{
    //組裝表達式樹
    Expression<Func<int, int, int>> expression = (x, y) => x + y;
    //編譯並調用
    var res = expression.Compile()(1, 2);
    Console.WriteLine($"表達式樹的執行結果:(1,2)=>{res}");
    Console.WriteLine("Hello World!");
    Console.ReadLine();
}

毫無疑問，運行效果是一樣的：

我們用.Net Reflector反編譯看一下：

可以看到，這就是個語法糖。我們在entity framework中經常會用到這種語法糖，看下圖：

從圖中可以看到，entity framework中的參數傳遞用的都是表達式樹（而不是我們熟悉的委託。。。），但一般我們穿進去的是lambda表達式，這裏也是語法糖：編譯器會在編譯的時候將你寫的委託組裝成表達式樹再傳進入：

注意：
這個語法糖有一個限制：就是你的lambda代碼不能有代碼塊（而這個特點正好被用在了entity framework上防止你任意的輸入無限量代碼）！
看下圖：

四、表達式樹能做什麼？

上面講到了，手動組裝表達式樹然後編譯調用，現實中肯定不能這麼用，如果是自己組裝表達式再自己調用的話，爲什麼不乾脆直接調用委託？
所以說，表達式樹是給框架的作者用的。試想一下：當你調用框架方法的時候，你會傳入一個簡單的lambda表達式（lambda表達式還是很方便的），然後框架拿到你傳入的表達式樹（編譯器編譯時就已經將你的lambda表達式改裝成了表達式樹）並進行分析結構，然後做一些東西（對於entity framework來說就是分析表達式樹 -> 生成適當sql語句->執行sql語句）。

未完待續。。。

c#:表達式樹概念及應用場景(Expression)

一、什麼是表達式樹

表達式樹基類 `Expression`（抽象類）

二、常用的表達式類型有哪些？

三、怎麼創建表達式樹

3.1 純手工組裝

3.1.1 將簡單lambda表達式：`(x,y)=>x+y`用表達式樹的形式表示出來

3.1.2 將複雜的方法定義用表達式樹的形式表示出來

3.2 使用編譯器的語法糖

四、表達式樹能做什麼？

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c#:表達式樹概念及應用場景(Expression)

一、什麼是表達式樹

表達式樹基類 Expression（抽象類）

二、常用的表達式類型有哪些？

三、怎麼創建表達式樹

3.1 純手工組裝

3.1.1 將簡單lambda表達式：(x,y)=>x+y用表達式樹的形式表示出來

3.1.2 將複雜的方法定義用表達式樹的形式表示出來

3.2 使用編譯器的語法糖

四、表達式樹能做什麼？

表達式樹基類 `Expression`（抽象類）

3.1.1 將簡單lambda表達式：`(x,y)=>x+y`用表達式樹的形式表示出來