深入Lambda表达式

 在前一篇文章中，我简要介绍了关于Lambda的一些基本知识，有了这些认识以后，我们可以再向Lambda表达式深入一点。在这篇文章里，我主要想对表达式树和表达式与Expression对象的对应关系做一个简要的说明。

首先，表达式树的概念我们必须先有一个大致的了解，MSDN里是这样解释的：表达式目录树以数据形式表示语言级别代码。数据存储在树形结构中。表达式目录树中的每个节点都表示一个表达式，例如一个方法调用或诸如 x < y 的二元运算。（全文请点这里）

这样的解释可能还不够清楚，但有一个概念已经说得非常清楚了，就是表达式树中的每一个节点都是一个表达式。那么，组成表达式的最基本要素是什么呢，简单的说就是表达式的形式和参数，表达式的形式用来描述表达要做什么事，例如二元运算（Binary）、对象成员访问（Member）、常量表达式（Constant）等等，而参数就是表达式要完成这件事所必须的数据，每一个参数又都是一个独立的表达式，它们构成了当前节点的子节点。下面我们以实例来说明，参考以下例子：

Expression<Func<string, bool>> expr = str => str != null && str.Length > 10;

既然是树型结构，必须要有一个根结点。其实，我们可以把表达式最终返回的值看作是这个树的根结点，这样再往下分析就会容易些了，为了方便表述把根结点记为N。上例中要返回的是一个布尔值，而该布尔值最终是由一个逻辑与操作符（&&）运算得来，这是一个典型的二元运算，它的参数就是运算符两边的表达式，这样就可以这两个表达式看作是该结点下面的两个子结点，分别记作N1和N2。

接下来看N1结点上的表达式str != null，这是一个进行非空值测试的二元运算，不等号左边的是变量str，该变量的值由外部传入，是一个参数表达式；右边是一个表示空值的常量null，是一个常量表达式。由此可以看出，N1下面可以有两个子结点，分别记为N11和N12，而由于参数表达式和常量表达式已经无法再细分了，因此N11和N12不再具有下级结点。

N2结点的表达式str.Length > 10与N1结点类似，左右两边分别记为N21和N22。与N1不同的是，N21表达式str.Length是一个对对象成员进行访问的表达式，它还可以再进行拆分，可把需要访问成员的对象看作是N21的子节点，记作N211，很明显这里要访问的是str变量，因此N211是一个参数表达式。仔细的读者一定已经发现了，N211和N11其实表示的是同一个表达式，的确是这样的。

经过以上的分析，我们已经把上面例子中的表达式拆分成了表达式树，下面这张图可以非常明确的表示出这个表达式树的结构。

那么，了解了这个表达式树之后，我们能做些什么呢？答案很简单，一方面可以增加对Lambda表达式的理解，更重要的是可以动态地构建Lambda表达式了。关于动态构建表达式树，我将会在下一次的文章中做进一步的介绍，而在本文接下来的篇幅中，我要再说明一个基础知识，也就是各种表达式与CLR中定义的表达式之间的对应关系。

由以上的说明可以看出，要将一个表达式拆分成表达式树，首先要了解表达式的形式。在CLR中，System.Linq.Expressions命名空间中已经定义了在3.5版中所要用到的所有表达式的类型，它们都是Expression类的派生类，每一种派生类都代表了一种表达式的形式。从MSDN中对Expression类的说明中看出，Expression类的派生类共有14种，如果要以编程的方式创建这些派生类，可以使用Expression类提供的工厂方法来创建表达式。在下表中按名称顺序对这派生类及使用场合进行简要的说明。

派生类名称	创建方法	适用场合
BinaryExpression	Add, Multiply, Divide, And, Or等等	表示二元运算。这是运用最广泛的一种表达式，所有二元运算均可使用这种派生类来表示，上述例子中也多处使用了此种类型的表达式。
ConditionalExpression	Condition	表示条件运算符，当条件满足时返回表示“真”的值，否则返回表示“假”的值，C#里的代码示例：i > 10 ? "Yes" : "No"。
ConstantExpression	Constant	用于表示一个常量。
InvocationExpression	Invoke	用于表示对一个委托或Lambda表达式的调用。
LambdaExpression	Lambda	表示一个Lambda表达式，通常情况下都会在最后用这个方法来生成我们期望的Lambda表达式。
MemberExpression	Property, Field, PropertyOrField	表示对某个对象的属性或字段的访问，上面的例子中N21节点即属于此类型。
MethodCallExpression	Call, ArrayIndex	表示在某个对象上调用指定的方法。例如要测试一个字符串是否以“123”开头，str.StartsWith("123")。
NewExpression	New	表示调用构造函数初始化一个对象的新实例。例如：DateTime datetime = new DateTime()。
NewArrayExpression	NewArrayBounds, NewArrayInit	表示创建并初始化一个数组，分为初始化数组大小和初始化数组元素两种方式。 如果在创建数组时仅需要指定数组的大小，例如int[] array = new int[10]，可使用NewArrayBounds方法来创建。 如果要直接初始化数组的值，例如int[] array = new int[] { 1, 2, 3, 4 }，可使用NewArrayInit方法来创建。
MemberInitExpression	MemberInit	表示调用构造函数初始化一个对象后再初始化其成员的表达式，参考以下语句： Person obj = new Person { Name = "effun", Gender = Male, Age = 32 };
ListInitExpression	ListInit	用于集合初始化的表达式，这与使用NewArrayInit的情况非常相似，但它可以应用在更复杂的场合，例如对字典对象的初始化，请参考以下示例： Dictionary<int, StudentName> students = new Dictionary<int, StudentName>() {     { 111, new StudentName {FirstName="Sachin", LastName="Karnik", ID=211}},     { 112, new StudentName {FirstName="Dina", LastName="Salimzianova", ID=317, }},     { 113, new StudentName {FirstName="Andy", LastName="Ruth", ID=198, }} };
ParameterExpression	Parameter	表示一个已命名的参数，通常情况下指传入Lambda表达式的参数，如上例中的N11和N211结点。
TypeBinaryExpression	TypeIs	表示一个表达式和一种类型的二元运算，目前唯一的应用就是测试某个变量是否为指定的类型，例如：obj is String。
UnaryExpression	ArrayLength, Negate, Convert等等	表示一个一元运算，主要的运算有计算数组长度、负数、类型转换和自增等等。例如a = -a，a++等。

以上对CLR中各种表达式类型进行了一次概要说明，具体的使用方法请参考MSDN中对各工厂方法的帮助，在这里就不详细说明了。在了解了这些表达式的用途之后，我们就对如何拆分表达式树，以及后面要说的动态构建表达式有了一定的基础。从实用的角度来考虑，如果要动态构建的表达式仅用于条件判断，那么上述的14种表达式并不会全部用到，常用的是BinaryExpression、MemberExpression、MethodCallExpression、ParameterExpression、ConstantExpression。