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c#: 表达式树的简化

article 2024/9/25 9:40:09

环境：

.net 6

一、问题？

有下面的表达式：

var nums = new List<int> { 1, 2, 3 };
Expression<Func<int, bool>> exp = i => i > nums.Max();

我们知道，它其实就是：exp = i => i > 3;
那么问题是，我们如何将它改造成这样呢？

在orm解析lambda生成sql时，也经常遇到这样的窘境：

var scores = new List<Person> { new Person { Id = 1, Score = 60 } };
var sql = orm.Select<Person>().Where(i => i.Score > scores.Select(i=>i.Score).Max() || i.Score == 100).ToSql();
//error: 
// System.Exception:“未实现函数表达式 value(Program+<>c__DisplayClass0_0).scores.Select(i => i.Score).Max() 解析，如果正在操作导航属性集合，请使用 .AsSelect().Max()”


public class Person
{
    public int Id { get; set; }
    public double Score { get; set; }
}

所以，就有了个想法：能不能对表达式进行简化呢？
就比如上面的可以改造成：orm.Select<Person>().Where(i => i.Score > 60 || i.Score == 100).ToSql();

二、表达式树简化原理

lambda表达式是表达式树的根, 它可能会有参数列表, 其子孙节点可能会引用这些参数, 也可能没有引用, 将没有引用的分支编译求值, 将结果再“放回”表达式中即可!

还是以下面的表达式为例：

var nums = new List<int> { 1, 2, 3 };
Expression<Func<int, bool>> exp = i => i > nums.Max();

在节点 > 的右侧 nums.Max() 没有引用参数列表, 那么它就可以被简化, 简化后就是:
exp = i => i > 3;

再看如下:

var nums = new List<int> { 1, 2, 3 };
Expression<Func<int, bool>> expr = i => i > nums.Max() || nums.Count > 0;

我们不仅可以将 || 右侧的简化为 true, 还可以根据||的短路特性对整体进行简化, 结果如下:
exp = i => true

三、表达式树的树状图

我们知道有各种各样的表达式类型, 如: +-/*，Call/MemberInit等。
无论哪种类型, 都可以将它们抽象成一棵树, 如:
Call类型的表达式, 可以看成:

在这里插入图片描述

表达式的嵌套：
lambda表达式有可能会嵌套lambda, 如:

var nums = new List<int> { 1, 2, 3 };
Expression<Func<int>> expr = () => Filter(nums, i => i > 1);

static int Filter(List<int> nums, Func<int, bool> func)
{
    return nums.First(i => func(i));
}

它的结构树如下：
在这里插入图片描述

这个是函数接受委托的, 还有函数接受lambda的，如：

var nums = new List<int> { 1, 2, 3 };
Expression<Func<int>> expr = () => Filter(nums, i => i > 1);
static int Filter(List<int> nums, Expression<Func<int, bool>> expression)
{
    return nums.First(i => expression.Compile()(i));
}