C# 3.0中的新增功能10 表达式树 02 说明

Posted 2022-04-10 savionzhang

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　　表达式树是定义代码的数据结构。 它们基于编译器用于分析代码和生成已编译输出的相同结构。表达式树和 Roslyn API 中用于生成分析器和 CodeFixes 的类型之间存在很多相似之处。 （分析器和 CodeFixes 是 NuGet 包，用于对代码执行静态分析，并可为开发人员建议可能的修补程序。）两者概念相似，且最终结果是一种数据结构，该结构允许以有意义的方式对源代码进行检查。 但是，表达式树基于一组与 Roslyn API 完全不同的类和 API。

让我们来举一个简单的示例。 以下是一个代码行：

var sum = 1 + 2;

如果要将其作为一个表达式树进行分析，则该树包含多个节点。 最外面的节点是具有赋值 (var sum = 1 + 2;) 的变量声明语句，该节点包含若干子节点：变量声明、赋值运算符和一个表示等于号右侧的表达式。 该表达式被进一步细分为表示加法运算、该加法左操作数和右操作数的表达式。

让我们稍微深入了解一下构成等于号右侧的表达式。 该表达式是 1 + 2。 这是一个二进制表达式。 更具体地说，它是一个二进制加法表达式。 二进制加法表达式有两个子表达式，表示加法表达式的左侧和右侧节点。 此处的两个节点都是常量表达式：左操作数是值 1，右操作数是值 2。

直观地看，整个语句是一个树：应从根节点开始，遍历到树中的每个节点，以查看构成语句的代码：

• 具有赋值 (var sum = 1 + 2;) 的变量声明语句
  • 隐式变量类型声明 (var sum)赋值运算符 (=)
    • 隐式 var 关键字 (var)
    • 变量名称声明 (sum)
  • 二进制加法表达式 (1 + 2)
    • 左操作数 (1)
    • 加法运算符 (+)
    • 右操作数 (2)

这可能看起来很复杂，但它功能强大。 按照相同的过程，可以分解更加复杂的表达式。 请思考此表达式：

var finalAnswer = this.SecretSauceFunction(currentState.createInterimResult(),
                                           currentState.createSecondValue(1, 2),
                                           decisionServer.considerFinalOptions("hello")
                                           ) 
                  + MoreSecretSauce(‘A‘, DateTime.Now, true);

上述表达式也是具有赋值的变量声明。 在此情况下，赋值的右侧是一棵更加复杂的树。 我不打算分解此表达式，但请思考一下不同的节点可能是什么。 存在使用当前对象作为接收方的方法调用，其中一个调用具有显式 this 接收方，一个调用不具有此接收方。 存在使用其他接收方对象的方法调用，存在不同类型的常量参数。 最后，存在二进制加法运算符。 该二进制加法运算符可能是对重写的加法运算符的方法调用（具体取决于 SecretSauceFunction() 或 MoreSecretSauce() 的返回类型），解析为对为类定义的二进制加法运算符的静态方法调用。

尽管具有这种感知上的复杂性，但上面的表达式创建了一种树形结构，可以像第一个示例那样轻松地导航此结构。 可以保持遍历子节点，以查找表达式中的叶节点。 父节点将具有对其子节点的引用，且每个节点均具有一个用于介绍节点类型的属性。

表达式树的结构非常一致。 了解基础知识后，你甚至可以理解以表达式树形式表示的最复杂的代码。 优美的数据结构说明了 C# 编译器如何分析最复杂的 C# 程序并从该复杂的源代码创建正确的输出。

熟悉表达式树的结构后，你会发现通过快速获得的知识，你可处理许多越来越高级的方案。 表达式树的功能非常强大。

除了转换算法以在其他环境中执行之外，表达式树还可用于在执行代码前轻松编写检查代码的算法。 可以编写参数为表达式的方法，然后在执行代码之前检查这些表达式。 表达式树是代码的完整表示形式：可以看到任何子表达式的值。 可以看到方法和属性名称。 可以看到任何常数表达式的值。 还可以将表达式树转换为可执行的委托，并执行代码。

通过表达式树的 API，可创建表示几乎任何有效代码构造的树。 但是，出于尽可能简化的考虑，不能在表达式树中创建某些 C# 习惯用语。 其中一个示例就是异步表达式（使用 async 和 await关键字）。 如果需要异步算法，则需要直接操作 Task 对象，而不是依赖于编译器支持。 另一个示例是创建循环。 通常，通过使用 for、foreach、while 或 do 循环对其进行创建。 正如稍后可以在本系列中看到的那样，表达式树的 API 支持单个循环表达式，该表达式包含控制重复循环的 break 和 continue 表达式。

不能执行的操作是修改表达式树。 表达式树是不可变的数据结构。 如果想要改变（更改）表达式树，则必须创建基于原始树副本但包含所需更改的新树。

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