C# Expression學習筆記（一、表達式與表達式樹的基本結構）

一個美麗的邂逅昨天心血來潮，想著用了很久的HangFire這個任務調度組件，卻從來沒有研究過其源碼，所以我就想著看一下Hangfire的源碼，然後當我看到Hangfire源碼中 AspNetShutdownDetector(Asp.Net服務停止檢測器)這個類的源碼的時候，看到其實現方式中，有兩個 ...

一個美麗的邂逅

昨天心血來潮，想著用了很久的HangFire這個任務調度組件，卻從來沒有研究過其源碼，所以我就想著看一下Hangfire的源碼，然後當我看到Hangfire源碼中 AspNetShutdownDetector(Asp.Net服務停止檢測器)這個類的源碼的時候，看到其實現方式中，有兩個私有的方法，看起名稱是用於創建或者獲取某個類中的靜態欄位和非靜態欄位的，但是看其實現則是通過表達式樹進行反射查找。代碼如下：


private static Func<T> CreateGetStaticFieldDelegate<T>(FieldInfo fieldInfo)
{
    var fieldExp = Expression.Field(null, fieldInfo);
    return Expression.Lambda<Func<T>>(fieldExp).Compile();
}

private static Func<object, T> CreateGetFieldDelegate<T>(FieldInfo fieldInfo, Type type)
{
    var instExp = Expression.Parameter(typeof(object));
    var convExp = Expression.Convert(instExp, type);
    var fieldExp = Expression.Field(convExp, fieldInfo);
    return Expression.Lambda<Func<object, T>>(fieldExp, instExp).Compile();
}

事情突然就變得有趣起來了，因為本人是個小菜雞，日常來說只會通過Expression來進行資料庫條件查詢這種基礎操作，還真沒有考慮過更深層次的操作，但是，人菜癮大，又菜又愛研究，所以一下就被這個操作給吸引住了，然後越看越感興趣，之前居然沒想到表達式樹居然還能進行反射操作，所以二話不說就拋棄了Hangfire的源碼（畢竟得先搞懂這種操作的實現原理才能明白人家寫這個用意嘛）開始專心研究起表達式樹來了。

初識Expression

首先，我選擇先來瞭解一下Expression的概念及相關的方法（說實話以前真沒有認真研究過，實在是慚愧）, 而瞭解這個玩意的最好地方就是微軟官方給出的文檔，文檔原文：Expression是一個抽象類，他主要是表示表達式樹節點的類派生的基類。而其派生的類如下:

//表示具有二進位運算符的表達式
System.Linq.Expressions.BinaryExpression 
//表示包含一個表達式序列的塊，表達式中可定義變數。
System.Linq.Expressions.BlockExpression
//表示具有條件運算符的表達式。
System.Linq.Expressions.ConditionalExpression 
//表示具有常數值的表達式
System.Linq.Expressions.ConstantExpression 
//發出或清除調試信息的序列點。 這使調試器能夠在調試時突出顯示正確的源代碼。
System.Linq.Expressions.DebugInfoExpression 
//表示一個類型或空表達式的預設值。
System.Linq.Expressions.DefaultExpression
//表示一個動態操作
System.Linq.Expressions.DynamicExpression
//表示無條件跳轉。 這包括返回語句，break 和 continue 語句以及其他跳轉。
System.Linq.Expressions.GotoExpression
//表示對一個屬性或數組進行索引。
System.Linq.Expressions.IndexExpression
//表示一個將委托或 Lambda 表達式應用到一個自變數表達式列表的表達式。
System.Linq.Expressions.InvocationExpression 
//表示一個標簽，可以將該標簽放置在任何 Expression 上下文中。
//如果已跳轉到該標簽，則它將獲取由對應的 GotoExpression 提供的值。 
//否則，它接收 DefaultValue 中的值。 
//如果 Type 等於 System.Void，則不應提供值。
System.Linq.Expressions.LabelExpression 
//介紹 lambda 表達式。 它捕獲一個類似於 .NET 方法主體的代碼塊。
System.Linq.Expressions.LambdaExpression
//表示具有集合初始值設定項的構造函數調用。
System.Linq.Expressions.ListInitExpression
//表示無限迴圈。 可通過“中斷”退出該迴圈。
System.Linq.Expressions.LoopExpression
//表示訪問欄位或屬性。
System.Linq.Expressions.MemberExpression
//表示調用構造函數並初始化新對象的一個或多個成員。
System.Linq.Expressions.MemberInitExpression
//表示對靜態方法或實例方法的調用。
System.Linq.Expressions.MethodCallExpression
//表示創建一個新數組，並可能初始化該新數組的元素。
System.Linq.Expressions.NewArrayExpression
//表示一個構造函數調用。
System.Linq.Expressions.NewExpression
//表示一個命名的參數表達式。
System.Linq.Expressions.ParameterExpression
//一個為變數提供運行時讀/寫許可權的表達式。
System.Linq.Expressions.RuntimeVariablesExpression
//表示一個控製表達式，該表達式通過將控制傳遞到 SwitchCase 來處理多重選擇。
System.Linq.Expressions.SwitchExpression
//表示一個 try/catch/finally/fault 塊。
System.Linq.Expressions.TryExpression
//表示表達式和類型之間的操作。
System.Linq.Expressions.TypeBinaryExpression
//表示具有一元運算符的表達式。
System.Linq.Expressions.UnaryExpression

由上面我們可以看出，Expression作為表達式樹的一個基類，其派生了許多不同的子類，根據這些子類，我們可以實現不同的邏輯（此前真是沒考慮過這方面，我以為只能去當作資料庫查詢語句呢，真特麽慚愧），那麼問題隨之而來，我們應該怎麼去應用這些子類，或者在什麼時候可以運用他們呢？不急，今天我們首先簡單瞭解一下Expression的相關概念及結構，先把基類研究明白了，其他子類日後可以慢慢研究。

解析

在此之前，我們先理解一下什麼是表達式，表達式是由多個運算符和操作數組成，其中運算符表示要進行的操作，而操作數可以是一個變數、常量或者固定值。舉例如下：

  a>b;
  a=1;
  a=100;
  var a=1+2;
  a+b+c;

以上這些都屬於表達式，從上面的代碼我可以看出，表達式的結構最簡單可以分為左操作數，運算符，右操作數。三個基本的元素組成。

那麼什麼又是表達式樹？官方給出的說法是：表達式樹以樹形數據結構表示代碼，其中每一個節點都是一種表達式，這句話其實我剛開始理解起來呢，有些不太理解，但是在閱讀了幾篇關於表達式樹的文章以後，大致有了一些理解。我的理解：表達式樹就是一個可以拆分為多個子表達式的表達式所展開後的樹形結構，具體如下：

  a=1+2;

通過前面關於表達式介紹我們可以知道，這是一個包含加法表達式的賦值表達式，我們可以把它看作是一個表達式樹，那麼作為一個樹形結構，我們首先把這個表達式本身看作最頂層的節點（樹梢）。按照表達式的基本結構，我們首先看到左操作數（a），運算符（=），右操作符（1+2），確定好頂層節點以後，我們開始往下去展開列出表達式的子節點，首先，該左操作數只有一個變數，那麼該表達式樹的第一個子節點就是左操作數變數'a',然後第二個節點就是運算符 '='，而第三個節點則是右操作數（1+2），現在我們進一步將（1+2）看做成一個加法表達式，然後我們往下繼續展開尋找子節點，那麼該表達式的第一個子節點就是固定值1，第二個子節點則是運算符+，第三個子節點則是固定值2。至此，所有子節點均為個操作數或運算符，無法再繼續往下展開，該表達式樹結構就結束了。為了更直觀的展示，我畫了個結構圖，其結構圖如下：

1666099934017

那麼，這樣一個結構，我們在代碼中如何使用表達式樹來進行標識呢？讓我們來看下圖：

表達式

由上圖可以看出，我們先使用Constant方法定義出一個ConstantException類型的表達式作為左操作數，同理我們再聲明出一個右操作數，之後，通過Expression提供的Add方法或者MakeBinary方法指定從需要操作的運算以及左右操作數，從而就會生成一個BinaryExpression類型的表達式，然後我們再通過Parameter方法生命出一個變數表達式，之後通過Assign（賦值表達式）將其組合起來，就又生成了一個全新的表達式，通過輸出我們可以看到，其結構與我們上面的表達式結構一毛一樣。所以這就是C#表達式樹相關的整個結構與基本操作。