【转】再讲IQueryable<T>，揭开表达式树的神秘面纱2019-08-12

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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：

image

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：

image

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：

表达式树：

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

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：

image

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：

image

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：

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<pre>public class Student
{ public string Name { get; set; } public int Age { get; set; } public string Address { get; set; } public string Sex { get; set; }
}</pre>

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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：

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<pre>//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;
}
}

}</pre>

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调用解析方法：

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

我们来看看执行过程：

image

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：

image

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> ：

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<pre> 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(); }
}
}</pre>

[

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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 ：

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<pre>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();
}
}</pre>

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上面全是自动生成的伪代码，下面我们来填充具体的实现：

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<pre> 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;
        }
    }
}</pre>

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执行代码：

<pre> 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(); </pre>

接着我们看看执行过程：

image

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。

image

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：

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<pre>//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"}
};</pre>

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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）

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<pre>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;
}
}</pre>

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然后重新实现方法 Execute ：

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<pre>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;
}</pre>

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执行过程：

image

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：

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

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

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

学习本是一个不断抄袭、模仿、练习、创新的过程。
虽然，园中已有本人无法超越的同主题博文，为什么还是要写。
对于自己，博文只是总结。在总结的过程发现问题，解决问题。
对于他人，在此过程如果还能附带帮助他人，那就再好不过了。
由于博主能力有限，文中可能存在描述不正确，欢迎指正、补充！
感谢您的阅读。如果文章对您有用，那么请轻轻点个赞，以资鼓励。
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什么是树？

解析表达式树

实现自己的IQueryable<T>、IQueryProvider

总结：

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