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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作者：张传宁   微软MCP、系统架构设计师、系统集成项目管理工程师、科技部创新工程师。

          专注于微软.NET技术(.NET Core、Web、MVC、WinForm、WPF)、通用权限管理系统、工作流引擎、自动化项目(代码)生成器、SOA 、DDD、 云原生(Docker、微服务、DevOps、CI/CD）；PDF、CAD、BIM 审图等研究与应用。

          多次参与电子政务、图书教育、生产制造等企业级大型项目研发与管理工作。

          熟悉中小企业软件开发过程：需求分析、架构设计、编码测试、实施部署、项目管理。通过技术与管理帮助中小企业快速化实现互联网技术全流程解决方案。

         

         

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