【C#語法糖 Lambda】2 - 表達式樹與LINQ

一、聲明

　　曾經遇到一個這樣的場景：

GetEntities(a => a.OrderKindCodeId == 16 && a.IsDeleted, this.DefaultContext)
protected IEnumerable<TEntity> GetEntities(Expression<Func<TDto, bool>> expression, IRepositoryContext context)

　　我就很奇怪，明明a => a.OrderKindCodeId == 16 && a.IsDeleted是Lambda表達式，為什么入參是表示式樹呢？一次偶然調試中發現，原來C#支持表達式樹的聲明像Lambda一樣寫（當然有一定局限）。

　　上述報錯，是編譯器無法推斷弱類型是表達式樹類型還是Lambda類型，需要指定類型：

Func<string, string, bool> lambda = (a,b) => a.StartsWith(b);
Expression<Func<string, string, bool>> e = (a, b) => a.StartsWith(b);

var expressionToLambda = e.Compile(); // 將表達式樹轉化成lambda表達式，故類型與e相同，但內容與e有區別
var typeIsEqual = expressionToLambda.GetType() == lambda.GetType(); // true
bool isEqual = lambda.Equals(expressionToLambda); // false

　　不同的原因應該是.Compile()的鍋，此處不研究。

　　換一種方法聲明表達式樹：

static Func<string, bool> buildlambda(Expression<Func<string, bool>> exp1, Expression<Func<string, bool>> exp2)
{
    ParameterExpression parameter = Expression.Parameter(typeof(string));
    Expression left = exp1.Body;
    Expression right = exp2.Body;
    BinaryExpression AndAlso = Expression.AndAlso(left, right);
    return Expression.Lambda<Func<string, bool>>(AndAlso, parameter).Compile();
}

　　看起來很正常，但運行時compile會報錯：

System.InvalidOperationException:“從作用域“”引用了“System.String”類型的變量“a”，但該變量未定義”

　　運算過程出錯，因為找不到參數——啥意思？上例的錯誤其實相當于這樣：

Expression<Func<string, string, bool>> e = (a, b) => a.StartsWith(b);
var e1 = Expression.Lambda(e.Body);
bool c1 = e == e1; // false

e1 = Expression.Lambda(e.Body, e.Parameters); // e1是Expression<T>類型，指定了參數，讓運算有個目標
var e2 = e1 as Expression; // e2是LambdaExpression類型
c1 = e == e1; // false，類型不同

二、存儲結構

　　表達式樹是有穩定性的，它由一個一個節點掛成一棵樹，那怎么修改它？動一棵樹，那必然是要遍歷的，要遞歸。

　　問題又來了，構建一個表達式樹如此費勁（不使用lambda表達式下）干嘛要用它——表達式樹存在的意義？

三、意義與應用

　　3 - 1 為什么需要表達式樹

　　表達式樹的應用，最后還是要.Compile()成lambda表達式，那為什么不直接用lambda？

　　⑴ 調試可見方法如何實現

　　⑵ Lambda表達式能轉換成表達式樹，然后由其他代碼處理，從而達到在不同執行環境中執行等價的行為。

　　Linq To SQL ：將源語言（比如C#）生成一個表達式樹，其結果作為一個中間格式，再將其轉換成目標平臺上的本地語言（比如SQL）。

　　那么這個中間格式直接傳lambda表達式行不行？

　　測試了一下，數據庫響應速度特別慢，可能還會發生超時。僅就這個原因，也必須用表達式樹了：

　　看用時：

　　3 - 2 ExpressionVisitor

　　上述提及與數據庫交互，那就涉及節點值問題（例如節點是一個函數的值，我們希望直接傳函數結果而不是傳函數），盡量處理得干凈一些，這就需要修改（/重構）樹，可以使用ExpressionVisitor類。

　　ExpressionVisitor應該是一個抽象類，程序員按需求繼承重寫。

　　這個類主要處理好Parameter和各個節點類型，入口函數應該是Visit(Expression exp)，此處僅列出一部分：

        public virtual Expression Visit(Expression exp)
        {
            if (exp == null)
                return exp;
            switch (exp.NodeType)
            {
                case ExpressionType.And: // +
                case ExpressionType.AndAlso: // 并且
                case ExpressionType.LessThan: // 小于
                case ExpressionType.GreaterThan: // 大于
                case ExpressionType.Equal: // 等于
                case ExpressionType.NotEqual: // 不等于
                    return this.VisitBinary((BinaryExpression)exp);
                case ExpressionType.Constant: // 常數
                    return this.VisitConstant((ConstantExpression)exp);
                case ExpressionType.Parameter: // 參數
                    return this.VisitParameter((ParameterExpression)exp);
                case ExpressionType.MemberAccess: //從字段或屬性進行讀取的運算，如 obj.SampleProperty
                    return this.VisitMemberAccess((MemberExpression)exp);
                case ExpressionType.Call: // 方法調用
                    return this.VisitMethodCall((MethodCallExpression)exp);
                case ExpressionType.Lambda: // Lambda表達式
                    return this.VisitLambda((LambdaExpression)exp);
                default:
                    throw new Exception(string.Format("Unhandled expression type: '{0}'", exp.NodeType));
            }
        }

View Code

　　應用上例，改動一下：

　　ExpressionVisitorTest：

    public class ExpressionVisitorTest
    {
        public ExpressionVisitorTest() { }

        public Expression Visit(Expression exp)
        {
            if (exp == null)
                return exp;
            switch (exp.NodeType)
            {
                case ExpressionType.Parameter:
                    return VisitParameter((ParameterExpression)exp);
                case ExpressionType.NotEqual:
                    return this.VisitBinary((BinaryExpression)exp);
                case ExpressionType.MemberAccess:
                    return this.VisitMemberAccess((MemberExpression)exp);
                case ExpressionType.Constant:
                    return this.VisitConstant((ConstantExpression)exp);
                default: return exp;
            }
        }

        protected virtual Expression VisitBinary(BinaryExpression b)
        {
            Expression left = this.Visit(b.Left);
            Expression right = this.Visit(b.Right);
            Expression conversion = this.Visit(b.Conversion);
            if (left != b.Left || right != b.Right || conversion != b.Conversion)
            {
                if (b.NodeType == ExpressionType.Coalesce && b.Conversion != null)
                    return Expression.Coalesce(left, right, conversion as LambdaExpression);
                else
                    return Expression.MakeBinary(b.NodeType, left, right, b.IsLiftedToNull, b.Method);
            }
            return b;
        }

        public Expression VisitMemberAccess(MemberExpression exp)
        {
            Expression body = Visit(exp.Expression);
            if (body != exp.Expression)
                return Expression.MakeMemberAccess(exp, exp.Member);
            return exp;
        }

        public Expression VisitParameter(ParameterExpression exp)
        {
            return Parameter;
        }

        protected virtual Expression VisitConstant(ConstantExpression c)
        {
            return c;
        }

        public ParameterExpression Parameter
        {
            get;
            set;
        }
}

View Code

　　先看看要啥效果：

   ExpressionVisitor visitor = new ExpressionVisitorInstance();
   string testStr = true ? "0" : "123"; 
   Expression<Func<string, bool>> aa = a => a != testStr; 
   var bb = visitor.Visit(aa); 
   isequal = bb.Equals(aa); // false

　　（下載ExpressionVisitor.cs）

　　例如重寫VisitMemberAccess方法：

    public class ExpressionVisitorInstance : ExpressionVisitor
    {
        protected override Expression VisitMemberAccess(MemberExpression m)
        {
            Expression expr = base.VisitMemberAccess(m);
            return SimplyMemberAccess(expr);
        }

        private static Expression SimplyMemberAccess(Expression expr)
        {
            MemberExpression me = expr as MemberExpression;
            if (me == null) return expr;

            object target;
            if (me.Expression == null)
                target = null;
            else if (me.Expression is ConstantExpression)
                target = (me.Expression as ConstantExpression).Value;
            else
                return expr;

            return Expression.Constant(me.Member.GetValue(target));
        }
    }

View Code

　　MemberExpression的屬性：

MemberExpression	CanReduce	能否化簡
	Expression	值表達式
	Member	Reflection.RtFieldInfo類型，可處理此處獲得真實值
	NodeType	節點類型
	Type	值類型

　　處理反射的幫助類：

    public static class ReflectionHelper
    {
        public static object GetValue(this MemberInfo member, object component)
        {
            if (component == null && !member.CanGetFromNull()) return null;

            if (member is PropertyInfo)
                return ((PropertyInfo)member).GetValue(component, null);
            if (member is FieldInfo)
                return ((FieldInfo)member).GetValue(component);

            MethodInfo method = member as MethodInfo;
            if (method != null && typeof(void) != method.ReturnType && method.GetParameters().Length == 0)
            {
                return method.Invoke(component, null);
            }

            return null;
        }

        private static bool CanGetFromNull(this MemberInfo member)
        {
            if (member is PropertyInfo)
                return ((PropertyInfo)member).GetGetMethod().IsStatic;
            else if (member is FieldInfo)
                return ((FieldInfo)member).IsStatic;
            else if (member is MethodBase)
                return ((MethodBase)member).IsStatic;
            else
                return false;
        }
    }

View Code

　　3 - 3 表達式樹的其他作用：

　　不同類型數字相加，詳見 http://mng.bz/9m8i：

        public static T Add<T>(T a, T b)
        {
            ParameterExpression left = Expression.Parameter(typeof(T), "a"),
             right = Expression.Parameter(typeof(T), "b");
            Expression Add = Expression.Add(left, right);

            Func<T, T, T> add = Expression.Lambda<Func<T, T, T>>(Add, left, right).Compile();
            return add(a, b);
        }

　　但略感到尷尬的是，現在使用的.net 4.6.1已經能支持類型推斷了，會推斷一個“合適的類型”，也即意味著不用人工去強轉類型了：

    int d1 = 1;
    double d2 = 2.1;
    float d4 = 5.5f;
    long d5 = (long)10;
    var d3 = d1+ d2 + d5 + d4; // 存在從int到double的隱式轉換

參考：

[0] 深入C# 第三版

[1] http://www.rzrgm.cn/FlyEdward/archive/2010/12/06/Linq_ExpressionTree7.html

[2] https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/exp ression-trees/how-to-modify-expression-trees

posted @ 2020-01-15 22:08 Carcar019 閱讀(426) 評論(0) 收藏舉報

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