白煙染黑墨

追根溯源之Linq與表達式樹

一、什么是表達式樹？

??首先來看下官方定義（以下摘錄自巨硬官方文檔）

??表達式樹表示樹狀數據結構中的代碼，其中每個節點都是表達式，例如，方法調用或諸如的二進制操作x < y。
??您可以編譯和運行由表達式樹表示的代碼。這樣就可以對可執行代碼進行動態修改，在各種數據庫中執行LINQ查詢以及創建動態查詢。有關LINQ中的表達式樹的更多信息，請參見如何使用表達式樹構建動態查詢（C＃）。
??在動態語言運行時（DLR）中還使用了表達式樹，以提供動態語言和.NET之間的互操作性，并使編譯器編寫程序可以發出表達式樹而不是Microsoft中間語言（MSIL）。有關DLR的更多信息，請參見《動態語言運行時概述》。
??您可以讓C?；騐isual Basic編譯器根據匿名lambda表達式為您創建一個表達式樹，或者您可以使用System.Linq.Expressions命名空間手動創建表達式樹。

??從上面我們可以提取一些關鍵信息——它是一種樹型結構、表達式樹可以被編譯成可執行代碼然后運行、DLR使用了表達式樹、可以用表達式樹來達到和直接寫MSIL一樣的效果、C#編譯器能夠根據匿名Lambda表達式靜態生成構建表達式樹的代碼、你可以手動編寫構建表達式樹的代碼。
??其實第一個關鍵信息就是表達式樹的全部，后面的所有功能都是在這之上衍生出來的，所以用我的話來回答，什么是表達式樹？表達式樹就是一種樹形數據結構，在這個結構上包含了代碼邏輯所必須的信息，用這些信息我們可以用來做很多事，例如，生成MSIL代碼，生成SQL語句等等，這也是Linq To Anything的基礎。

二、Linq

??Linq（語言集成查詢），在.Neter中經常用到的技術，你雖然在開發中經常用到，但你有沒有了解過到它到底是怎么運作的呢？我們來扒一扒。

1.Linq To Entity

??首先，Linq的鏈式調用，是靠擴展方法實現的，Linq主要擴展了IEnumerable<T>和IQueryable<T>兩大接口。我們看下針對IEnumerable<T>的擴展。

public static class Enumerable
{
    //所有針對IEnumerable<TSource>的擴展方法
    public static IEnumerable<TSource> Where<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, int, bool> predicate)
    //省略......
}

??觀察可以發現，針對IEnumerable的擴展方法，貌似跟Expression沒有半毛錢關系。是的，半分錢關系都沒有。這樣做其實是為了性能考慮，因為這些查詢實際上是從MSIL翻譯成機器代碼本地執行，我何必要先解析表達式樹，然后翻譯成MSIL，再到機器代碼呢？這也是所謂的Linq To Entity

2.Linq To Other

??對IQueryable<T>的擴展如下：

public static class Queryable
{
    //所有針對IEnumerable<TSource>的擴展方法
    public static IQueryable<TSource> Where<TSource>(this IQueryable<TSource> source, Expression<Func<TSource, bool>> predicate)
    //省略......
}

??觀察可以發現，在Where擴展方法中有一個Expression<Func<TSource, bool>>類型的參數。這就是一個表達式樹，確切的說是一個Lambda表達式樹，這個Lamdbda表達式樹包含了必要的信息，在對source上調用了這個方法，并傳入一個Lambda表達式樹之后，source內部會被把傳入的表達式樹添加到之前的表達式樹節點上，然后返回一個新的IQueryable<TSource>實例，其中內部的表達式樹已經包含了你剛傳入的表達式節點，然后你可以在此之上繼續調用擴展方法，當在調用諸如First()、ToList()、Count()等之類的方法之后，將會導致內部的表達式樹被一個解析器解析，然后根據解析出來的結果，去查數據庫、去檢索JSON文件、去檢索XML文件或是調用外部服務等，最后生成數據到內存，構造成一個List實例給你。至于內部的細節到底是什么，有時間再寫。

3.問題

??細心的朋友可能注意到，上節提到的一個Expression<Func<TSource, bool>>類型的參數，這個是怎么構造出來的呢？我們平時開發的時候好像從沒有構造過啊。其實文章開頭就有提到，

??您可以讓C?；騐isual Basic編譯器根據匿名lambda表達式為您創建一個表達式樹，或者您可以使用System.Linq.Expressions命名空間手動創建表達式樹。

??發現沒，這個臟活其實是由編譯器幫我們干了，我們來驗證一下。新建.Net Core控制臺程序如下：

    static void Main(string[] args)
    {
        List<int> datas = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
        var res = datas.AsQueryable().Where(x => x > 3).ToList();
    }

??使用Debug模式編譯，然后用一個你喜歡的反編譯工具（PS：反編譯一般指把中間語言代碼變成高級語言代碼，而反匯編一般指把機器代碼變成匯編語言代碼）反編譯生成的程序集，這里我使用的是DNSPY。
如果使用的是DNSPY，記得把“反編譯表達式樹”選項關掉。
??內容如下：

// Token: 0x02000002 RID: 2
internal class Program
{
    // Token: 0x06000001 RID: 1 RVA: 0x00002050 File Offset: 0x00000250
    private static void Main(string[] args)
    {
        List<int> datas = new List<int>
        {
            1,
            2,
            3,
            4,
            5,
            6
        };
        IQueryable<int> source = datas.AsQueryable<int>();
        ParameterExpression parameterExpression = Expression.Parameter(typeof(int), "x");
        List<int> res = source.Where(Expression.Lambda<Func<int, bool>>(Expression.GreaterThan(parameterExpression, Expression.Constant(3, typeof(int))), new ParameterExpression[]
        {
            parameterExpression
        })).ToList<int>();
    }
}

??可以發現，編譯器幫我們把Lambda表達式編譯成了表達式樹。