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  • 追根溯源之Linq与表达式树

    一、什么是表达式树?

      首先来看下官方定义(以下摘录自巨硬官方文档)

      表达式树表示树状数据结构中的代码,其中每个节点都是表达式,例如,方法调用或诸如的二进制操作x < y。
      您可以编译和运行由表达式树表示的代码。这样就可以对可执行代码进行动态修改,在各种数据库中执行LINQ查询以及创建动态查询。有关LINQ中的表达式树的更多信息,请参见如何使用表达式树构建动态查询(C#)。
      在动态语言运行时(DLR)中还使用了表达式树,以提供动态语言和.NET之间的互操作性,并使编译器编写程序可以发出表达式树而不是Microsoft中间语言(MSIL)。有关DLR的更多信息,请参见《动态语言运行时概述》。
      您可以让C#或Visual Basic编译器根据匿名lambda表达式为您创建一个表达式树,或者您可以使用System.Linq.Expressions命名空间手动创建表达式树。

      从上面我们可以提取一些关键信息——它是一种树型结构、表达式树可以被编译成可执行代码然后运行、DLR使用了表达式树、可以用表达式树来达到和直接写MSIL一样的效果、C#编译器能够根据匿名Lambda表达式静态生成构建表达式树的代码、你可以手动编写构建表达式树的代码。
      其实第一个关键信息就是表达式树的全部,后面的所有功能都是在这之上衍生出来的,所以用我的话来回答,什么是表达式树?表达式树就是一种树形数据结构,在这个结构上包含了代码逻辑所必须的信息,用这些信息我们可以用来做很多事,例如,生成MSIL代码,生成SQL语句等等,这也是Linq To Anything的基础。

    二、Linq

      Linq(语言集成查询),在.Neter中经常用到的技术,你虽然在开发中经常用到,但你有没有了解过到它到底是怎么运作的呢?我们来扒一扒。

    1.Linq To Entity

      首先,Linq的链式调用,是靠扩展方法实现的,Linq主要扩展了IEnumerable<T>IQueryable<T>两大接口。我们看下针对IEnumerable<T>的扩展。

    public static class Enumerable
    {
        //所有针对IEnumerable<TSource>的扩展方法
        public static IEnumerable<TSource> Where<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, int, bool> predicate)
        //省略......
    }
    
    

      观察可以发现,针对IEnumerable的扩展方法,貌似跟Expression没有半毛钱关系。是的,半分钱关系都没有。这样做其实是为了性能考虑,因为这些查询实际上是从MSIL翻译成机器代码本地执行,我何必要先解析表达式树,然后翻译成MSIL,再到机器代码呢?这也是所谓的Linq To Entity

    2.Linq To Other

      对IQueryable<T>的扩展如下:

    public static class Queryable
    {
        //所有针对IEnumerable<TSource>的扩展方法
        public static IQueryable<TSource> Where<TSource>(this IQueryable<TSource> source, Expression<Func<TSource, bool>> predicate)
        //省略......
    }
    

      观察可以发现,在Where扩展方法中有一个Expression<Func<TSource, bool>>类型的参数。这就是一个表达式树,确切的说是一个Lambda表达式树,这个Lamdbda表达式树包含了必要的信息,在对source上调用了这个方法,并传入一个Lambda表达式树之后,source内部会被把传入的表达式树添加到之前的表达式树节点上,然后返回一个新的IQueryable<TSource>实例,其中内部的表达式树已经包含了你刚传入的表达式节点,然后你可以在此之上继续调用扩展方法,当在调用诸如First()ToList()Count()等之类的方法之后,将会导致内部的表达式树被一个解析器解析,然后根据解析出来的结果,去查数据库、去检索JSON文件、去检索XML文件或是调用外部服务等,最后生成数据到内存,构造成一个List实例给你。至于内部的细节到底是什么,有时间再写。

    3.问题

      细心的朋友可能注意到,上节提到的一个Expression<Func<TSource, bool>>类型的参数,这个是怎么构造出来的呢?我们平时开发的时候好像从没有构造过啊。其实文章开头就有提到,

      您可以让C#或Visual Basic编译器根据匿名lambda表达式为您创建一个表达式树,或者您可以使用System.Linq.Expressions命名空间手动创建表达式树。

      发现没,这个脏活其实是由编译器帮我们干了,我们来验证一下。新建.Net Core控制台程序如下:

        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模式编译,然后用一个你喜欢的反编译工具(PS:反编译一般指把中间语言代码变成高级语言代码,而反汇编一般指把机器代码变成汇编语言代码)反编译生成的程序集,这里我使用的是DNSPY。
    如果使用的是DNSPY,记得把“反编译表达式树”选项关掉。
      内容如下:

    // 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>();
        }
    }
    

      可以发现,编译器帮我们把Lambda表达式编译成了表达式树。

    三、总结

      总的来说,表达式树是Linq中不可或缺的一环,为了方便人们使用表达式树,编译器也做了许多工作,从而避免用户手动构造表达式树,因此选用了Lambda表达式这种用户熟悉的形式给用户使用,但同时,也提高了理解门槛。

    四、题外话

      为了减少重复劳动,我编写了一个动态构建查询的类库,基于.NetStandard,支持静态排序,动态排序,多重排序,模糊查询,分页查询,能适用大多数的后台管理应用开发场景。原理其实就是动态构建表达式树。GitHub上有文档,Nuget上搜索EazyPageQuery,记得勾选“包括预发行版”~

    NuGet Badge
    Github:https://github.com/HekunX/EazyPageQuery

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/hkfyf/p/13915514.html
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