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C# IQueryable<T>揭开表达式树的神秘面纱

C#/.NET开发
2023-04-15

这篇文章主要介绍了C# IQueryableT表达式树，对IQueryableT感兴趣的同学，必须要仔细看一下

什么是树？

什么是树？这个问题好像有点白痴。树不就是树嘛。

我们从最下面的主干开始往上看，主枝-分支-分支....可以说是无限分支下去。我们倒过来看就是这样：

平时我们用得最多的树结构数据就是XML了，节点下面可以无限添加子节点。我们想想平时还用过什么树结构数据，比如：菜单无限分级、评论区的楼层。

这和我们今天讲的有毛关系啊。... 我们今天主要就是来分析表达式树的。、

lambda表达式和表达式树的区别：

Lambda表达式：


Func<Student, bool> func = t => t.Name == "农码一生";

表达式树：


Expression<Func<Student, bool>> expression = t => t.Name == "农码一生";

咋一看，没啥区别啊。表达式只是用Expression包了一下而已。那你错了，这只是Microsoft给我们展示的障眼法，我们看编译后的C#代码：

第一个lambda表达式编译成了匿名函数，第二个表达式树编译成一了一堆我们不认识的东西，远比我们原来写的lambda复杂得多。

结论：

我们平时使用的表达式树，是编写的lambda表达式然后编译成的表达式树，也就是说平时一般情况使用的表达式树都是编译器帮我们完成的。（当然，我们可以可以手动的主动的去创表达式树。只是太麻烦，不是必要情况没有谁愿意去干这个苦活呢）

我们来看看表达式树到底有什么神奇的地方：

有没有看出点感觉来？Body里面有Right、Left，Right里面又有Right、Left，它们的类型都是继承自Expression。这种节点下面有节点，可以无限附加下去的数据结构我们称为树结构数据。也就是我们的表达式树。

补：上面的Student实体类：


public class Student
{
    public string Name { get; set; }

    public int Age { get; set; }

    public string Address { get; set; }

    public string Sex { get; set; }
}

解析表达式树

上面我们看到了所谓的表达式树，其他也没有想象的那么复杂嘛。不就是一个树结构数据嘛。如果我们要实现自己的orm，免不了要解析表达式树。一般说到解析树结构数据都会用到递归算法。下面我们开始解析表达式树。

先定义解析方法：


//表达式解析
public static class AnalysisExpression
{
    public static void VisitExpression(Expression expression)
    {
        switch (expression.NodeType)
        {
            case ExpressionType.Call://执行方法
                MethodCallExpression method = expression as MethodCallExpression;
                Console.WriteLine("方法名:" + method.Method.Name);
                for (int i = 0; i < method.Arguments.Count; i++)
                    VisitExpression(method.Arguments[i]);
                break;
            case ExpressionType.Lambda://lambda表达式
                LambdaExpression lambda = expression as LambdaExpression;
                VisitExpression(lambda.Body);
                break;
            case ExpressionType.Equal://相等比较
            case ExpressionType.AndAlso://and条件运算
                BinaryExpression binary = expression as BinaryExpression;
                Console.WriteLine("运算符:" + expression.NodeType.ToString());
                VisitExpression(binary.Left);
                VisitExpression(binary.Right);
                break;
            case ExpressionType.Constant://常量值
                ConstantExpression constant = expression as ConstantExpression;
                Console.WriteLine("常量值:" + constant.Value.ToString());
                break;
            case ExpressionType.MemberAccess:
                MemberExpression Member = expression as MemberExpression;
                Console.WriteLine("字段名称:{0}，类型:{1}", Member.Member.Name, Member.Type.ToString());
                break;
            default:
                Console.Write("UnKnow");
                break;
        }
    }

}

调用解析方法：


Expression<Func<Student, bool>> expression = t => t.Name == "农码一生" && t.Sex == "男";
AnalysisExpression.VisitExpression(expression);

一层一层的往子节点递归，直到遍历完所有的节点。最后打印效果如下：

基本上我们想要的元素和值都取到了，接着怎么组装就看你自己的心情了。是拼成sql，还是生成url，请随意！

实现自己的IQueryable<T>、IQueryProvider

仅仅解析了表达式树就可以捣鼓自己的orm了？不行，起码也要基于IQueryable<T>接口来编码吧。

接着我们自定义个类MyQueryable<T>继承接口IQueryable<T>：


public class MyQueryable<T> : IQueryable<T>
 {
     public IEnumerator<T> GetEnumerator()
     {
         throw new NotImplementedException();
     }
     IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
     {
         throw new NotImplementedException();
     }
     public Type ElementType
     {
         get { throw new NotImplementedException(); }
     }
     public Expression Expression
     {
         get { throw new NotImplementedException(); }
     }
     public IQueryProvider Provider
     {
         get { throw new NotImplementedException(); }
     }
 }

我们看到其中有个接口属性IQueryProvider，这个接口的作用大着呢，主要作用是在执行查询操作符的时候重新创建IQueryable<T>并且最后遍历的时候执行sql远程取值。我们还看见了Expression 属性。

现在我们明白了IQueryable<T>和Expression（表达式树）的关系了吧：

IQueryable<T>最主要的作用就是用来存储Expression（表达式树）

下面我们也自定义现实了IQueryProvider接口的类MyQueryProvider：


public class MyQueryProvider : IQueryProvider
{
    public IQueryable<TElement> CreateQuery<TElement>(Expression expression)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
    public IQueryable CreateQuery(Expression expression)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
    public TResult Execute<TResult>(Expression expression)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
    public object Execute(Expression expression)
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

上面全是自动生成的伪代码，下面我们来填充具体的实现：


public class MyQueryProvider : IQueryProvider
    {
        public IQueryable<TElement> CreateQuery<TElement>(Expression expression)
        {
            return new MyQueryable<TElement>(expression);
        }

        public IQueryable CreateQuery(Expression expression)
        {
            throw new NotImplementedException();
        }

        public TResult Execute<TResult>(Expression expression)
        {
            return default(TResult);
        }

        public object Execute(Expression expression)
        {
            return new List<object>();
        } 
    }  
    public class MyQueryable<T> : IQueryable<T>
    {
        public MyQueryable()
        {
            _provider = new MyQueryProvider();
            _expression = Expression.Constant(this);
        }

        public MyQueryable(Expression expression)
        {
            _provider = new MyQueryProvider();
            _expression = expression;
        }
        public Type ElementType
        {
            get { return typeof(T); }
        }

        private Expression _expression;
        public Expression Expression
        {
            get { return _expression; }
        }

        private IQueryProvider _provider;
        public IQueryProvider Provider
        {
            get { return _provider; }
        }

        public IEnumerator GetEnumerator()
        {
            return (Provider.Execute(Expression) as IEnumerable).GetEnumerator();
        }

        IEnumerator<T> IEnumerable<T>.GetEnumerator()
        {
            var result = _provider.Execute<List<T>>(_expression);
            if (result == null)
                yield break;
            foreach (var item in result)
            {
                yield return item;
            }
        }
    }

执行代码：


var aa = new MyQueryable<Student>();
 var bb = aa.Where(t => t.Name == "农码一生");
 var cc = bb.Where(t => t.Sex == "男");
 var dd = cc.AsEnumerable();
 var ee = cc.ToList();

结论：

  • 每次在执行Where查询操作符的时候IQueryProvider会为我们创建一个新的IQueryable<T>
  • 调用AsEnumerable()方法的时候并不会去实际取值（只是得到一个IEnumerable）[注意：在EF里面查询不要先取IEnumerable后滤筛，因为AsEnumerable()会生成查询全表的sql]
  • 执行ToList()方法时才去真正调用迭代器GetEnumerator()取值
  • 真正取值的时候，会去执行IQueryProvider中的Execute方法。（就是在调用这个方法的时候解析表达式数，然后执行取得结果）

我们看到真正应该办实事的Execute 我们却让他返回默认值了。

现在估计有人不爽了，你到是具体实现下Execute。好吧！（其实通过上面说的解析表达式树，你可以自己在这里做想做的任何事了。）

首先为了简单起见，我们用一个集合做为数据源：


//构造Student数组
public static List<Student> StudentArrary = new List<Student>()
{
        new Student(){Name="农码一生", Age=26, Sex="男", Address="长沙"},
        new Student(){Name="小明", Age=23, Sex="男", Address="岳阳"},
        new Student(){Name="嗨-妹子", Age=25, Sex="女", Address="四川"}
};

然后，重新写一个VisitExpression2方法：（和之前的区别： 现在目的是取表达式树中的表达式，而不是重新组装成sql或别的）


public static void VisitExpression2(Expression expression, ref List<LambdaExpression> lambdaOut)
{
    if (lambdaOut == null)
        lambdaOut = new List<LambdaExpression>();
    switch (expression.NodeType)
    {
        case ExpressionType.Call://执行方法
            MethodCallExpression method = expression as MethodCallExpression;
            Console.WriteLine("方法名:" + method.Method.Name);
            for (int i = 0; i < method.Arguments.Count; i++)
                VisitExpression2(method.Arguments[i], ref  lambdaOut);
            break;
        case ExpressionType.Lambda://lambda表达式
            LambdaExpression lambda = expression as LambdaExpression;
            lambdaOut.Add(lambda);
            VisitExpression2(lambda.Body, ref  lambdaOut);
            break;
        case ExpressionType.Equal://相等比较
        case ExpressionType.AndAlso://and条件运算
            BinaryExpression binary = expression as BinaryExpression;
            Console.WriteLine("运算符:" + expression.NodeType.ToString());
            VisitExpression2(binary.Left, ref  lambdaOut);
            VisitExpression2(binary.Right, ref  lambdaOut);
            break;
        case ExpressionType.Constant://常量值
            ConstantExpression constant = expression as ConstantExpression;
            Console.WriteLine("常量值:" + constant.Value.ToString());
            break;
        case ExpressionType.MemberAccess:
            MemberExpression Member = expression as MemberExpression;
            Console.WriteLine("字段名称:{0}，类型:{1}", Member.Member.Name, Member.Type.ToString());
            break;
        case ExpressionType.Quote:
            UnaryExpression Unary = expression as UnaryExpression;
            VisitExpression2(Unary.Operand, ref  lambdaOut);
            break;
        default:
            Console.Write("UnKnow");
            break;
    }
}

然后重新实现方法Execute：


public TResult Execute<TResult>(Expression expression)
{
    List<LambdaExpression> lambda = null;
    AnalysisExpression.VisitExpression2(expression, ref lambda);//解析取得表达式数中的表达式
    IEnumerable<Student> enumerable = null;
    for (int i = 0; i < lambda.Count; i++)
    {
        //把LambdaExpression转成Expression<Func<Student, bool>>类型
        //通过方法Compile()转成委托方法
        Func<Student, bool> func = (lambda[i] as Expression<Func<Student, bool>>).Compile(); 
        if (enumerable == null)
            enumerable = Program.StudentArrary.Where(func);//取得IEnumerable
        else
            enumerable = enumerable.Where(func);
    }
    dynamic obj = enumerable.ToList();//（注意：这个方法的整个处理过程，你可以换成解析sql执行数据库查询，或者生成url然后请求获取数据。）
    return (TResult)obj;
}

执行过程：

个人对IQueryable延迟加载的理解：

  • 前段部分的查询操作符只是把逻辑分解存入表达式树，并没有远程执行sql。
  • foreache执行的是IEnumerable<T>，然而IEnumerable<T>同样具有延迟加载的特性。每次迭代的时候才真正的取数据。且在使用导航属性的时候会再次查询数据库。(下次说延迟加载不要忘记了IEnumerable的功劳哦！)

小知识：

表达式树转成Lambda表达式：


Expression<Func<Student, bool>> expression = t => t.Name == "农码一生";
Func<Student, bool> func = expression.Compile();

总结

表达式树的分析就告一段落了，其中还有很多细节或重要的没有分析到。下次有新的心得再来总结。

感觉表达式树就是先把表达式打散存在树结构里（一般打散的过程是编译器完成），然后可以根据不同的数据源或接口重新组装成自己想要的任何形式，这也让我们实现自己的orm成为了可能。

今天主要是对表达式树的解析、和实现自己的IQueryable<T>、IQueryProvider做了一个记录和总结，其中不定有错误的结论或说法，轻点拍！

以上就是C# IQueryable<T>揭开表达式树的神秘面纱的详细内容，更多关于C# IQueryable<T>的资料请关注得得之家其它相关文章！

本文标题为：C# IQueryable<T>揭开表达式树的神秘面纱

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