【C#复习总结】细说表达式树

1 前言

系类1：细说委托

系类2：细说匿名方法

系列3：细说Lambda表达式

系列4：细说泛型委托

系列5：细说表达式树

系列6：细说事件

涛声依旧，再续前言，接着用大佬的文章作为开头。

表达式树其实与委托已经没什么关系了，非要扯上关系，那就这么说吧，表达式树是存放委托的容器。如果非要说的更专业一些，表达式树是存取Lambda表达式的一种数据结构。要用Lambda表达式的时候，直接从表达式中获取出来，Compile()就可以直接用了。如下代码：

using System;
using System.Linq.Expressions;

namespace Expressions
{
    class Program
    {
     
        static void Main(string[] args)
        {
            Expression<Func<int, int, int>> exp = (x, y) => x + y;
            Func<int, int, int> fun = exp.Compile();
            int result = fun(2, 3);

            Console.WriteLine("{0}",result);
            Console.ReadKey();           
        }
    }
}

2 什么是表达式树

.NET 3.5中新增的表达式树（Expression Tree）特性，第一次在.NET平台中引入了“逻辑即数据”的概念。也就是说，我们可以在代码里使用高级语言的形式编写一段逻辑，但是这段逻辑最终会被保存为数据。正因为如此，我们可以使用各种不同的方法对它进行处理。例如，您可以将其转化为一个SQL查询，或者外部服务调用等等，这便是LINQ to Everything在技术实现上的重要基石之一。

表达式树也称表达式目录树，将代码以一种抽象的方式表示成一个对象树，树中每个节点本身都是一个表达式。表达式树不是可执行代码，它是一种数据结构。

3 表达式树的使用

3.1 构建表达式树

System.Linq.Expressions命名空间中包含了代表表达式的各个类，所有类都从Expression派生，我们可以通过这些类中的静态方法来创建表达式类的实例。Expression类包括两个重要属性：

• Type属性代表求值表达式的.NET类型，可以把它视为一个返回类型
• NodeType属性返回所代表的表达式的类型

下面看一个构建表达式树的简单例子：

Expression numA = Expression.Constant(6);
Console.WriteLine("NodeType: {0}, Type: {1}", numA.NodeType, numA.Type);
Expression numB = Expression.Constant(3);
Console.WriteLine("NodeType: {0}, Type: {1}", numB.NodeType, numB.Type);
 
BinaryExpression add = Expression.Add(numA, numB);
Console.WriteLine("NodeType: {0}, Type: {1}", add.NodeType, add.Type);
 
Console.WriteLine(add);
Console.Read();

通过例子可以看到，我们构建了一个(6+3)的表达式树，并且查看了各个节点的Type和NodeType属性。

Expression有很多派生类，有很多节点类型。例如，BinaryExpression就代表了具有两个操作树的任意操作。这正是NodeType属性重要的地方，它能区分由相同的类表示的不同种类的表达式。其他的节点类型就不介绍了，有兴趣可以参考MSDN。

对于上面的例子，可以用下图描述生成的表达式树，值得注意的是，”叶子”表达式在代码中是最先创建的，，表达式是自下而上构建的。表达式是不易变的，所有可以缓存和重用表达式。

3.2 将表达式编译成委托

LambdaExpression是从Expression派生的类型之一。泛型类型Expression<TDelegate>又是从LambdaExpress派生的。

Expression和Expression<TDelegate>的区别在于，泛型类以静态类型的方式标志了它是什么种类的表达式，也就是说，它确定了返回类型和参数。例如上面的加法例子，返回值是一个int类型，没有参数，所以我们可以使用签名Func<int>与之匹配，所以可以用Expression<Func<int>>以静态类型的方式来表示该表达式。

这样做的目的在于，LambdaExpression有一个Compile方法，该方法能创建一个恰当类型的委托。 Expression<TDelegate>也有一个同名方法，该方法可以返回TDelegate类型的委托。获得了委托之后，我们就可以使 用普通委托实例调用的方式来执行这个表达式。

接着上面加法的例子，我们把上面的加法表达式树转换成委托，然后执行委托：

Func<int> addDelegate = Expression.Lambda<Func<int>>(add).Compile();
Console.WriteLine(addDelegate());

从这个例子中我们看到怎么构建一个表达式树，然后把这个对象树编译成真正的代码。在.NET 3.5中的表达式树只能是单一的表达式，不能表示完整的类、方法。这在.NET 4.0中得到了一定的改进，表达式树可以支持动态类型，我们可以创建块，为表达式赋值等等。

3.3 将Lambda表达式转换为表达式树

Lambda表达式不仅可以创建委托实例，C# 3.0对于将Lambda表达式转换成表达式树提供了内建的支持。我们可以通过编译器把Lambda表达式转换成一个表达式树，并创建一个Expression<TDelegate>的一个实例。

下面的例子中我们将一个Lambda表达式转换成一个表达式树，并通过代码查看表达式树的各个部分：

static void Main(string[] args)
{
    //将Lambda表达式转换为类型Expression<T>的表达式树
    //expression不是可执行代码
    Expression<Func<int, int, int>> expression = (a, b) => a + b;
 
    Console.WriteLine(expression);
    //获取Lambda表达式的主体
    BinaryExpression body = (BinaryExpression)expression.Body;
    Console.WriteLine(expression.Body);
    //获取Lambda表达式的参数
    Console.WriteLine(" param1: {0}, param2: {1}", expression.Parameters[0], expression.Parameters[1]);
    ParameterExpression left = (ParameterExpression)body.Left;
    ParameterExpression right = (ParameterExpression)body.Right;
    Console.WriteLine(" left body of expression: {0}{4} NodeType: {1}{4} right body of expression: {2}{4} Type: {3}{4}", left.Name, body.NodeType, right.Name, body.Type, Environment.NewLine);
 
    //将表达式树转换成委托并执行
    Func<int, int, int> addDelegate = expression.Compile();
    Console.WriteLine(addDelegate(10, 16));
    Console.Read();
}

4 总结

前面看到，通过Expression的派生类中的各种节点类型，我们可以构建表达式树；然后可以把表达式树转换成相应的委托类型实例，最后执行委托实例的代码。但是，我们不会绕这么大的弯子来执行委托实例的代码。

表达式树主要在LINQ to SQL中使用，我们需要将LINQ to SQL查询表达式（返回IQueryable类型）转换成表达式树。之所以需要转换是因为LINQ to SQL查询表达式不是在C#代码中执行的，LINQ to SQL查询表达式被转换成SQL，通过网络发送，最后在数据库服务器上执行。

参考文献：http://blog.jobbole.com/84588/

推荐阅读：腾飞老大的 由浅入深表达式树