C# IQueryable<T>揭开表达式树的神秘面纱
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>的资料请关注我们其它相关文章!