再讲IQueryable，揭开表达式树的神秘面纱

2023-02-23 13:48:39

接上篇《先说IEnumerable，我们每天用的foreach你真的懂它吗？》

最近园子里定制自己的orm那是一个风生水起，感觉不整个自己的orm都不好意思继续混博客园了（开个玩笑）。那么在此之前我们有必要仔细了解下 IQueryable<T> ，于是就有了此文。

什么是树？

什么是树？这个问题好像有点白痴。树不就是树嘛。看图：

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 = ; 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);

我们来看看执行过程：

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();

接着我们看看执行过程：

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=, Sex="男", Address="长沙"},

        new Student(){Name="小明", Age=, Sex="男", Address="岳阳"},

        new Student(){Name="嗨-妹子", Age=, 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 = ; 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 = ; 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！

demo下载：http://pan.baidu.com/s/1nvAksgL

本文以同步至索引目录：《C#基础知识巩固》

http://www.cnblogs.com/jesse2013/p/expressiontree-part2.html

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码农公寓

什么是树？

解析表达式树

实现自己的IQueryable<T>、IQueryProvider

总结：

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