【C#高级编程】—表达式树详解

表达式树详解

什么是表达式树？

C# 表达式树（Expression Trees）是一种将代码表示为数据结构的技术，允许在运行时分析、转换和执行代码逻辑。
表达式树是一种树形数据结构，它将代码（例如 Lambda 表达式）表示为对象。每个节点代表一个操作（例如加法、减法、调用方法等），而子节点代表操作的操作数。

基本概念

• 数据结构表示：表达式树以树形结构表示代码（如 lambda 表达式），每个节点代表一个操作（如方法调用、算术运算）。
• 延迟执行：不同于直接执行的委托（如 Func），表达式树可被动态分析，用于生成 SQL 查询、动态代码等场景。
• 命名空间：System.Linq.Expressions

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举例子

举个例子，如果你有一个 Lambda 表达式：

Func add = (a, b) => a + b;

这个 Lambda 表达式可以被编译成委托并直接执行。但如果你将它转换为表达式树：

Expression> addExpr = (a, b) => a + b;

addExpr 就是一个表达式树，它不再是一个可以直接执行的委托，而是一个可以分析和操作的数据结构。

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表达式树的实际应用

动态查询：例如，根据用户输入动态构建 LINQ 查询。

代码生成：例如，动态生成方法或类。

与外部系统交互：例如，Entity Framework 使用表达式树将 LINQ 查询转换为 SQL 语句。

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表达式树的基本结构

表达式树由 Expression 类的派生类组成。常见的节点类型包括：

• 常量表达式：Expression.Constant(5) 表示常量值 5。
• 参数表达式：Expression.Parameter(typeof(int), "a") 表示一个参数 a。
• 二元表达式：Expression.Add(a, b) 表示 a + b。
• 方法调用表达式：Expression.Call(methodInfo, arg1, arg2) 表示调用一个方法。

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创建表达式树

示例 1：手动构建简单表达式

using System.Linq.Expressions;

// 构建表达式：5 + 3
Expression addExpr = Expression.Add(
    Expression.Constant(5),
    Expression.Constant(3)
);

// 转换为 lambda 表达式并编译执行
var lambda = Expression.Lambda>(addExpr);
Func compiled = lambda.Compile();
Console.WriteLine(compiled()); // 输出 8

示例 2：通过 Lambda 表达式自动生成

Expression> expr = (a, b) => a * b + 2;
var func = expr.Compile();
Console.WriteLine(func(3, 4)); // 输出 14

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如何构建表达式树

你可以手动构建表达式树。例如，构建一个 (a, b) => a + b 的表达式树：

using System;
using System.Linq.Expressions;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 定义参数
        ParameterExpression a = Expression.Parameter(typeof(int), "a");
        ParameterExpression b = Expression.Parameter(typeof(int), "b");

        // 构建加法表达式
        BinaryExpression add = Expression.Add(a, b);

        // 构建 Lambda 表达式
        Expression> lambda = Expression.Lambda>(add, a, b);

        // 编译为委托并执行
        Func compiled = lambda.Compile();
        Console.WriteLine(compiled(2, 3)); // 输出 5
    }
}

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如何分析表达式树

你可以通过遍历表达式树来分析其结构。例如：

static void AnalyzeExpression(Expression expr)
{
    if (expr is BinaryExpression binary)
    {
        Console.WriteLine($"操作: {binary.NodeType}");
        AnalyzeExpression(binary.Left);
        AnalyzeExpression(binary.Right);
    }
    else if (expr is ParameterExpression parameter)
    {
        Console.WriteLine($"参数: {parameter.Name}");
    }
    else if (expr is ConstantExpression constant)
    {
        Console.WriteLine($"常量: {constant.Value}");
    }
}

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9. 总结

表达式树是一种强大的工具，它允许你将代码逻辑表示为数据结构，并在运行时分析和操作这些逻辑。它的核心作用包括动态生成代码、分析代码逻辑以及与外部系统交互。表达式树在 LINQ、ORM 框架（如 Entity Framework）和动态查询等场景中发挥着重要作用。