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代码改变世界

表达式树(Expression Trees)

2018-01-08 19:00  沉睡的木木夕  阅读(565)  评论(1编辑  收藏  举报

[翻译]表达式树(Expression Trees)

原文地址:https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/expression-trees/index

表达式树展示的是代码的树形结构,每一个节点都是一个表达式,例如:调用一个方法或是调用一个二元运算表达式比如 x < y

你可以通过表达式树来编译和运行代码。这意味着能动态修改运行的代码,就好比在数据库中运行LINQ以一个变量的形式查询数据和创建一个动态的查询语句。关于表达式树在LINQ的更多使用信息详见How to: Use Expression Trees to Build Dynamic Queries (C#).

表达式树也被用于DLR(动态语言运行时),提供DLR与.NET Framework之间的互操作性,使编译器解析(Emit)表达式树,而不是MSIL。关于DLR更多信息详细详见Dynamic Language Runtime Overview.

你可以用C#/VB编译器在你的lambda表达式变量的基础上生成一个表达式树,或者你可以通过使用在System.Linq.Expressions命名空间创建表达式树.

从Lambda表达式创建表达式树

当一个lambda表达式被分配到类型为Expression的的一个变量时,编译器会解析生成代码创建一个表达式树来表示这个lambda .

C#编译器能从lambda生成表达式树(或者从一个单行的lambda)。但它不能转换成lambda声明(或多行lambda)。更多关于lambda信息见Lambda Expressions.

下面的代码例子说明了如何用C#来生成一个表达式树来表示一个lambda表达式: num => num < 5

Expression<Func<int, bool>> lambda = num => num < 5;

通过API创建表达式树

使用微软提供的API——Expression这个类来创建表达式树。这个类包括了创建指定类型表达式树节点的静态工厂方法,例如, ParameterExpression它代表一个参数或者变量,又如MethodCallExpression,它代表一个方法调用。ParameterExpression, MethodCallExpression以及其他的指定类型的表达式树都在System.Linq.Expressions命名空间下。这些类都继承自 Expression抽象类.

下面的代码展示如何用API创建表达式树来表示一个lambda表达式num => num < 5

// 在你的代码文件添加引用:  
// using System.Linq.Expressions;  

// 为lambda表达式num => num < 5手动生成表达式树   
ParameterExpression numParam = Expression.Parameter(typeof(int), "num");  
ConstantExpression five = Expression.Constant(5, typeof(int));  
BinaryExpression numLessThanFive = Expression.LessThan(numParam, five);  
Expression<Func<int, bool>> lambda1 =  
    Expression.Lambda<Func<int, bool>>(  
        numLessThanFive,  
        new ParameterExpression[] { numParam }); 

在.NET Framework4.0之后,表达式树API也支持分配和控制流表达式,例如循环,条件判断块以及异常捕捉块(try-catch)。通过API,你可以创建比编译器通过从lambda表达式创建的更加复杂的表达式树。下面的这个例子展示了如何创建一个表达式树来表示一个数的阶乘(factorial of number).

//创建一个参数表达式
ParameterExpression value = Expression.Parameter(typeof(int), "value");
//创建一个表达式表示本地变量
ParameterExpression result = Expression.Parameter(typeof(int), "result");
//创建标签从循环跳到指定标签
LabelTarget label = Expression.Label(typeof(int));
//创建方法体
BlockExpression block = Expression.Block(
    //添加本地变量
    new[] { result },
    //为本地变量赋值一个常量
    Expression.Assign(result, Expression.Constant(1)),
    //循环
    Expression.Loop(
        //添加循环条件
        Expression.IfThenElse(
            //条件:value > 1
            Expression.GreaterThan(value, Expression.Constant(1)),
            //if true
            Expression.MultiplyAssign(result, Expression.PostDecrementAssign(value)),
            //if false
            Expression.Break(label, result)
            ),
        label
        )
    );

int facotorial = Expression.Lambda<Func<int, int>>(block, value).Compile()(5);  
Console.WriteLine(factorial);  
// 输出 120.  

更多关于详见Generating Dynamic Methods with Expression Trees in Visual Studio 2010,也支持后续VS版本.

解析表达式树(Parsing Expression Trees)

下面的代码示例演示了如何将表达式树表示为lambda表达式num => num < 5,可以被分解为部分。

public void DecomposedExpressionTrees()
{
    //创建一个表达式树
    Expression<Func<int, bool>> exprTree = num => num < 5;
    //分解表达式
    ParameterExpression param = (ParameterExpression)exprTree.Parameters[0];
    //num < 5
    BinaryExpression operation = (BinaryExpression)exprTree.Body;
    ParameterExpression left = (ParameterExpression)operation.Left;
    ConstantExpression right = (ConstantExpression)operation.Right;
  
    Console.WriteLine("Decomposed expression: {0} => {1} {2} {3}",
            param.Name, left.Name, operation.NodeType, right.Value);
}

表达式树的不变性(Immutability of Expression Trees)

表达式树应该是不可变的。这意味着如果你想修改表达式树,那么你必须重新已经存在的构造表达式树并替换其某个节点。你可以使用表达式树访问器(ExpressionVisitor)遍历表达式树。更多这方面信息详见How to: Modify Expression Trees (C#).

编译表达式树

泛型 Expression 类型提供一个 Compile 方法来将表达式树所表示的代码编译成可执行的委托。

下面这段代码显示如何编译表达式树和运行结果代码

public void ComplieExpressTrees()
{
    //创建一个表达式树
    Expression<Func<int, bool>> expr = num => num < 5;
    //编译表达式树为委托
    Func<int, bool> result = expr.Compile();
    //调用委托并写结果到控制台
    Console.WriteLine(result(4));

    //也可以使用简单的语法来编译运行表达式树
    Console.WriteLine(expr.Compile()(4));
    //结果一样
}

更多关于如何运行表达式树信息,详见How to: Execute Expression Trees (C#).