打造自己的LINQ Provider（上）：Expression Tree揭秘

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
  .entrypoint
  .maxstack  4
  .locals init ([0] class [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression`1<
                class [System.Core]System.Func`3<int32,int32,int32>> expression,
           [1] class [System.Core]System.Linq.Expressions.ParameterExpression CS$0$0000,
           [2] class [System.Core]System.Linq.Expressions.ParameterExpression CS$0$0001,
           [3] class [System.Core]System.Linq.Expressions.ParameterExpression[] CS$0$0002)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldtoken    [mscorlib]System.Int32
  IL_0006:  call       class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Type::GetTypeFromHandle(...)
  IL_000b:  ldstr      "a"
  IL_0010:  call       class [System.Core]System.Linq.Expressions.ParameterExpression 
                        [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression::Parameter(
                        class [mscorlib]System.Type,
  IL_0038:  call    class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Type::GetTypeFromHandle()
  IL_003d:  call    class [System.Core]System.Linq.Expressions.ConstantExpression 
                    [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression::Constant(object,
                    class [mscorlib]System.Type)
  IL_0042:  call    class [System.Core]System.Linq.Expressions.BinaryExpression 
                    [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression::Multiply(class [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression,
                    class [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression)
  IL_0047:  call    class [System.Core]System.Linq.Expressions.BinaryExpression
                    [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression::Add(class [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression,
                    class [System.Core]System.Linq.Expressions.Expression)
  IL_004c:  ldc.i4.2
  IL_004d:  newarr     [System.Core]System.Linq.Expressions.ParameterExpression
}

现在相信大家都看明白了，这里讲解它们的区别主要是为了加深大家对于表达式目录树的区别。

执行表达式目录树

前面已经可以构造出一个表达式目录树了，现在看看如何去执行表达式目录树。我们需要调用Compile方法来创建一个可执行委托，并且调用该委托，如下面的代码：

static void Main(string[] args)
{
    ParameterExpression paraLeft = Expression.Parameter(typeof(int), "a");
    ParameterExpression paraRight = Expression.Parameter(typeof(int), "b");
    BinaryExpression binaryLeft = Expression.Multiply(paraLeft, paraRight);
    ConstantExpression conRight = Expression.Constant(2, typeof(int));
    BinaryExpression binaryBody = Expression.Add(binaryLeft, conRight);
    Expression<Func<int, int, int>> lambda = 
        Expression.Lambda<Func<int, int, int>>(binaryBody, paraLeft, paraRight);
    Func<int, int, int> myLambda = lambda.Compile();
    int result = myLambda(2, 3);
    Console.WriteLine("result:" + result.ToString());
    Console.Read();
}

运行后输出的结果：

这里我们只要简单的调用Compile方法就可以了，事实上在.NET Framework中是调用了一个名为ExpressionCompiler的内部类来做表达式目录树的执行（注意此处的Compiler不等同于编译器的编译）。另外，只能执行表示Lambda表达式的表达式目录树，即LambdaExpression或者Expression<TDelegate>类型。如果表达式目录树不是表示Lambda表达式，需要调用Lambda方法创建一个新的表达式。如下面的代码：

static void Main(string[] args)
{
    BinaryExpression body = Expression.Add(
        Expression.Constant(2),
        Expression.Constant(3));
    Expression<Func<int>> expression = 
        Expression.Lambda<Func<int>>(body, null);
    Func<int> lambda = expression.Compile();
    Console.WriteLine(lambda());
}

访问与修改表达式目录树

在本文一开始我就说过， 通过解析表达式目录树，我们可以实现一些特定功能，既然要解析表达式目录树，对于表达式目录树的访问自然是不可避免的。在.NET Framework中，提供了一个抽象的表达式目录树访问类ExpressionVisitor，但它是一个internal的，我们不能直接访问。幸运的是，在MSDN中微软给出了 ExpressionVisitor类的实现，我们可以直接拿来使用。该类是一个抽象类，微软旨在让我们在集成ExpressionVisitor的基础上，实现自己的表达式目录树访问类。现在我们来看简单的表达式目录树：

static void Main(string[] args)
{
    Expression<Func<int, int, int>> lambda = (a, b) => a + b * 2;
    Console.WriteLine(lambda.ToString());
} 

输出后为：

现在我们想要修改表达式目录树，让它表示的Lambda表达式为(a,b)=>(a - (b * 2))，这时就需要编写自己的表达式目录树访问器，如下代码所示：

public class OperationsVisitor : ExpressionVisitor
{
    public Expression Modify(Expression expression)
    {
        return Visit(expression);
    }
    protected override Expression VisitBinary(BinaryExpression b)
    {
        if (b.NodeType == ExpressionType.Add)
        {
            Expression left = this.Visit(b.Left);
            Expression right = this.Visit(b.Right);
            return Expression.Subtract(left,right);
        }
        return base.VisitBinary(b);
    }
}

使用表达式目录树访问器来修改表达式目录树，如下代码所示：

static void Main(string[] args)
{
    Expression<Func<int, int, int>> lambda = (a, b) => a + b * 2;
    var operationsVisitor = new OperationsVisitor();
    Expression modifyExpression = operationsVisitor.Modify(lambda);
    Console.WriteLine(modifyExpression.ToString());
}

运行后可以看到输出：

似乎我们是修改表达式目录树，其实也不全对，我们只是修改表达式目录树的一个副本而已，因为表达式目录树是不可变的，我们不能直接修改表达式目录树，看看上面的OperationsVisitor类的实现大家就知道了，在修改过程中复制了表达式目录树的节点。

为什么需要表达式目录树

通过前面的介绍，相信大家对于表达式目录树已经有些了解了，还有一个很重要的问题，就是为什么需要表达式目录树？在本文开始时，就说过通过解析表达式目录树，可以实现我们一些特定的功能，就拿LINQ to SQL为例，看下面这幅图：

当我们在C#语言中编写一个查询表达式时，它将返回一个IQueryable类型的值，在该类型中包含了两个很重要的属性Expression和Provider，如下面的代码：

我们编写的查询表达式，将封装为一种抽象的数据结构，这个数据结构就是表达式目录树，当我们在使用上面返回的值时，编译器将会以该值所期望的方式进行翻译，这种方式就是由Expression和Provider来决定。可以看到，这样将会非常的灵活且具有良好的可扩展性，有了表达式目录树，可以自由的编写自己的Provider，去查询我们希望的数据源。经常说LINQ为访问各种不同的数据源提供了一种统一的编程方式，其奥秘就在这里。然而需要注意的是LINQ to Objects并不需要任何特定的LINQ Provider，因为它并不翻译为表达式目录树，后面会说到这一点。

总结

本文详细介绍了表达式目录树的相关知识，为我们编写自己的LINQ Provider打下一个基础，希望对于大家有所帮助。查看目前网上的各种lINQ Provider，请访问 万般皆LINQ。

本文首发 博客园，作者 TerryLee，原文地址： 打造自己的LINQ Provider（上）：Expression Tree揭秘

本文转自lihuijun51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/terrylee/90559  ，如需转载请自行联系原作者