干货!表达式树解析"框架"(1)

最新设计请移步 轻量级表达式树解析框架Faller http://www.cnblogs.com/blqw/p/Faller.html

关于我和表达式树

　　其实我也没有深入了解表达式树一些内在实现的原理,所以具体来说它到底是个什么东西我也不是很清楚,我的理解只是他是可以将'部分'委托构造成对象,方便我们对他进行解析; 虽然我没有完全搞懂表达式树,但这并不妨碍我使用它(如果以后有时间,我想我会更深入的去和它接触一下)

Lamda + 表达式树的性能瓶颈

　　对于Lamda表达式树我的感觉是又爱又恨

　　书写和阅读方面,无疑是非常成功的,他大大的减少了书写难度,增加了可读性

　　但另一方面,在程序的性能上又是如此的糟糕

　　来看下面一个栗子:

static void Main()
{
    Where1(u => u.Name == "");
    Where2(u => u.Name == "");
}

public static void Where1(Expression<Func<User, bool>> expr)
{

}

public static void Where2(Func<User, bool> expr)
{

}

　　栗子中的 Where1 和 Where2 两个方法,唯一的不同,一个是委托,一个是表达式树

　　同样运行Where1和Where2 一万次,Where2是0ms,Where1是57ms

　　也就是说从Func<User, bool>转为Expression<Func<User, bool>>一万次需要57ms

　　这对于我这样一个追求性能的人来说,实在是有点难受!

　　到不至于不能接受,只有有点难受

　　但从另一方面我也在考虑,为什么像这样的lamda不能直接预编译成Expression呢?期待微软的优化吧~

伪框架

　　为什么我的标题中的框架为带有引号?

　　因为我觉得这其实是一个伪框架

　　但他确实能帮助我们更好的解析Expression对象,或许应该把他称之为解决方案或是别的

　　不过~管他呢!能用就行了

你应该了解的Expression

　　刚才说了虽然我也没有完全搞懂,但是有些东西还是应该知道的
比如:

• 以Expression作为基类的子类一共有多少个
• 他们分别是干什么的

　　第一个问题比较简单

1. 现在在vs中敲下 System.Linq.Expressions.Expression
2. 然后按F1
3. 如果顺利的话,你现在已经打开了"MSDN"
4. 如果没有的话就手动点一下吧
5. 然后滚动到屏幕最下面

　　

　　好了这里看到的就是所有`public`的子类(其实没有公开的还有更多)

　　至于他们分别是干什么用的,每一个都有自己不同的用法,这里不可能一一说明了,下面的内容也只会涉及到一部分,其他就要自己慢慢研究了

　　举个栗子:

BinaryExpression ----表示包含二元运算符的表达式

最基础的用法就是它的三个属性Left ,Right ,NodeType 
Left 获取二元运算的左操作数。
Right 获取二元运算的右操作数。
NodeType 获取此 Expression 的节点类型。
如 it = it.Name == "blqw"就是一个BinaryExpression
Left = it.Name
Right = "blqw"
NodeType = Equals

　　大概就是这么一个意思吧

效果预览

框架结构

　　嗯.允许我还是叫他框架吧,毕竟听上去比较高端大气上档次啊

　　暂时是这样

• Parsers文件夹里面的是具体对应每一种表达式树的解析的具体实现
• ExpressionParser 　　　　表达式树解析器抽象基类,实现IExpressionParser
• ExpressionTypeCode 　　枚举,枚举了所有的类型的表达式树
• IExpressionParser　　　　表达式树解析器接口
• Parser　　　　　　　　　　调用解析器的静态对象,也可以看作入口或工厂,根据表达式树类型调用具体类
• ParserArgs　　　　　　　　解析器参数,在解析表达式树的方法中保持传递,可以保存解析中所使用的参数和保存解析结果

代码

    public class ParserArgs
    {
        public ParserArgs()
        {
            Builder = new StringBuilder();
        }

        public StringBuilder Builder { get; private set; }

        public IList<ParameterExpression> Forms { get; set; }

        public readonly string[] FormsAlias = { "it", "A", "B", "C", "D", "E" };
    }

ParserArgs

IExpressionParser

    /// <summary> 表达式树解析接口
    /// </summary>
    public interface IExpressionParser
    {
        void Select(Expression expr, ParserArgs args);
        void Where(Expression expr, ParserArgs args);
        void GroupBy(Expression expr, ParserArgs args);
        void Having(Expression expr, ParserArgs args);
        void OrderBy(Expression expr, ParserArgs args);
        void Object(Expression expr, ParserArgs args);
    }

    /// <summary> 表达式树解析抽象泛型类
    /// </summary>
    public abstract class ExpressionParser<T> : IExpressionParser
        where T : Expression
    {
        public abstract void Select(T expr, ParserArgs args);
        public abstract void Where(T expr, ParserArgs args);
        public abstract void GroupBy(T expr, ParserArgs args);
        public abstract void Having(T expr, ParserArgs args);
        public abstract void OrderBy(T expr, ParserArgs args);
        public abstract void Object(T expr, ParserArgs args);

        public void Select(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            Select((T)expr, args);
        }

        public void Where(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            Where((T)expr, args);
        }

        public void GroupBy(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GroupBy((T)expr, args);
        }

        public void Having(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            Having((T)expr, args);
        }

        public void OrderBy(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            OrderBy((T)expr, args);
        }

        public void Object(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            Object((T)expr, args);
        }
    }

ExpressionParser

    /// <summary> 表达式类型枚举
    /// </summary>
    public enum ExpressionTypeCode
    {
        /// <summary> 未知类型表达式
        /// </summary>
        Unknown = ,
        /// <summary> 空表达式 null
        /// </summary>
        Null = ,
        /// <summary> 表示包含二元运算符的表达式。
        /// </summary>
        BinaryExpression = ,
        /// <summary> 表示一个包含可在其中定义变量的表达式序列的块。
        /// </summary>
        BlockExpression = ,
        /// <summary> 表示包含条件运算符的表达式。
        /// </summary>
        ConditionalExpression = ,
        /// <summary> 表示具有常量值的表达式。
        /// </summary>
        ConstantExpression = ,
        /// <summary> 发出或清除调试信息的序列点。 这允许调试器在调试时突出显示正确的源代码。
        /// </summary>
        DebugInfoExpression = ,
        /// <summary> 表示类型或空表达式的默认值。
        /// </summary>
        DefaultExpression = ,
        /// <summary> 表示动态操作。
        /// </summary>
        DynamicExpression = ,
        /// <summary> 表示无条件跳转。 这包括 return 语句、break 和 continue 语句以及其他跳转。
        /// </summary>
        GotoExpression = ,
        /// <summary> 表示编制属性或数组的索引。
        /// </summary>
        IndexExpression = ,
        /// <summary> 表示将委托或 lambda 表达式应用于参数表达式列表的表达式。
        /// </summary>
        InvocationExpression = ,
        /// <summary> 表示一个标签，可以将该标签放置在任何 Expression 上下文中。
        /// </summary>
        LabelExpression = ,
        /// <summary> 描述一个 lambda 表达式。 这将捕获与 .NET 方法体类似的代码块。
        /// </summary>
        LambdaExpression = ,
        /// <summary> 表示包含集合初始值设定项的构造函数调用。
        /// </summary>
        ListInitExpression = ,
        /// <summary> 表示无限循环。 可以使用“break”退出它。
        /// </summary>
        LoopExpression = ,
        /// <summary> 表示访问字段或属性。
        /// </summary>
        MemberExpression = ,
        /// <summary> 表示调用构造函数并初始化新对象的一个或多个成员。
        /// </summary>
        MemberInitExpression = ,
        /// <summary> 表示对静态方法或实例方法的调用。
        /// </summary>
        MethodCallExpression = ,
        /// <summary> 表示创建新数组并可能初始化该新数组的元素。
        /// </summary>
        NewArrayExpression = ,
        /// <summary> 表示构造函数调用。
        /// </summary>
        NewExpression = ,
        /// <summary> 表示命名的参数表达式。
        /// </summary>
        ParameterExpression = ,
        /// <summary> 一个为变量提供运行时读/写权限的表达式。
        /// </summary>
        RuntimeVariablesExpression = ,
        /// <summary> 表示一个控制表达式，该表达式通过将控制传递到 SwitchCase 来处理多重选择。
        /// </summary>
        SwitchExpression = ,
        /// <summary> 表示 try/catch/finally/fault 块。
        /// </summary>
        TryExpression = ,
        /// <summary> 表示表达式和类型之间的操作。
        /// </summary>
        TypeBinaryExpression = ,
        /// <summary> 表示包含一元运算符的表达式。
        /// </summary>
        UnaryExpression = ,
    }

ExpressionTypeCode

    /// <summary> 解析器静态对象
    /// </summary>
    public static class Parser
    {
        private static readonly IExpressionParser[] Parsers = InitParsers();

        static IExpressionParser[] InitParsers()
        {
            var codes = Enum.GetValues(typeof(ExpressionTypeCode));
            var parsers = new IExpressionParser[codes.Length];

            foreach (ExpressionTypeCode code in codes)
            {
                if (code.ToString().EndsWith("Expression"))
                {
                    var type = Type.GetType(typeof(Parser).Namespace + "." + code.ToString() + "Parser");
                    if (type != null)
                    {
                        parsers[(int)code] = (IExpressionParser)Activator.CreateInstance(type);
                    }
                }
            }
            return parsers;
        }

        /// <summary> 得到表达式类型的枚举对象 </summary>
        /// <param name="expr"> 扩展对象:Expression </param>
        /// <returns> </returns>
        public static ExpressionTypeCode GetCodeType(Expression expr)
        {
            if (expr == null)
            {
                return ExpressionTypeCode.Null;
            }
            if (expr is BinaryExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.BinaryExpression;
            }
            if (expr is BlockExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.BlockExpression;
            }
            if (expr is ConditionalExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.ConditionalExpression;
            }
            if (expr is ConstantExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.ConstantExpression;
            }
            if (expr is DebugInfoExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.DebugInfoExpression;
            }
            if (expr is DefaultExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.DefaultExpression;
            }
            if (expr is DynamicExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.DynamicExpression;
            }
            if (expr is GotoExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.GotoExpression;
            }
            if (expr is IndexExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.IndexExpression;
            }
            if (expr is InvocationExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.InvocationExpression;
            }
            if (expr is LabelExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.LabelExpression;
            }
            if (expr is LambdaExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.LambdaExpression;
            }
            if (expr is ListInitExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.ListInitExpression;
            }
            if (expr is LoopExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.LoopExpression;
            }
            if (expr is MemberExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.MemberExpression;
            }
            if (expr is MemberInitExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.MemberInitExpression;
            }
            if (expr is MethodCallExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.MethodCallExpression;
            }
            if (expr is NewArrayExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.NewArrayExpression;
            }
            if (expr is NewExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.NewArrayExpression;
            }
            if (expr is ParameterExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.ParameterExpression;
            }
            if (expr is RuntimeVariablesExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.RuntimeVariablesExpression;
            }
            if (expr is SwitchExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.SwitchExpression;
            }
            if (expr is TryExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.TryExpression;
            }
            if (expr is TypeBinaryExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.TypeBinaryExpression;
            }
            if (expr is UnaryExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.UnaryExpression;
            }
            return ExpressionTypeCode.Unknown;
        }

        /// <summary> 得到当前表达式对象的解析组件 </summary>
        /// <param name="expr"> 扩展对象:Expression </param>
        /// <returns> </returns>
        public static IExpressionParser GetParser(Expression expr)
        {
            var codetype = GetCodeType(expr);
            var parser = Parsers[(int)codetype];
            if (parser == null)
            {
                switch (codetype)
                {
                    case ExpressionTypeCode.Unknown:
                        throw new ArgumentException("未知的表达式类型", "expr");
                    case ExpressionTypeCode.Null:
                        throw new ArgumentNullException("expr", "表达式为空");
                    default:
                        throw new NotImplementedException("尚未实现" + codetype + "的解析");
                }
            }
            return parser;
        }

        public static void Select(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GetParser(expr).Select(expr, args);
        }

        public static void Where(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GetParser(expr).Where(expr, args);
        }

        public static void GroupBy(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GetParser(expr).GroupBy(expr, args);
        }

        public static void Having(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GetParser(expr).Having(expr, args);
        }

        public static void OrderBy(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GetParser(expr).OrderBy(expr, args);
        }

        public static void Object(Expression expr, ParserArgs args)
        {
            GetParser(expr).Object(expr, args);
        }

    }

Parser

原理分解

首先将所有类型的表达式树以枚举的形式表现出来,1来是为了更直观便于2是为了给他们编号

有了编号就可以方便的在数组或集合中给他们安排位置了

初始化

在Parser类中,放置一个静态字段

private static readonly IExpressionParser[] Parsers = InitParsers();

在InitParsers方法中,使用反射查找当前命名空间下名称为 枚举名 + Parser 的类,如果有则实例化,并根据枚举的值,在集合中保存

ps:枚举名 + Parser 作为解析器的命名规则,仅仅是为了方便反射调用,Parsers[0] = new xxx() 这个依然是可以由后期调用绑定的

调用

然后提供一个方法,用于获取当前表达式对象对应的枚举值

        public static ExpressionTypeCode GetCodeType(Expression expr)
        {
            if (expr == null)
            {
                return ExpressionTypeCode.Null;
            }
            if (expr is BinaryExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.BinaryExpression;
            }
            if (expr is BlockExpression)
            {
                return ExpressionTypeCode.BlockExpression;
            }
            ...
            ...
            return ExpressionTypeCode.Unknown;
        }

这里的方法我没有选择用反射来获取枚举值,还是基于对性能的考虑,这样测试快5~10倍,有兴趣的可以测试一下

        public static ExpressionTypeCode GetCodeType(Expression expr)
        {
            if (expr == null)
            {
                return ExpressionTypeCode.Null;
            }
            ExpressionTypeCode tc;
            if (Enum.TryParse(expr.GetType().Name, out tc))
            {
                return tc;
            }
            return ExpressionTypeCode.Unknown;
        }

反射代码

得到枚举之后,就可以按枚举的值,从集合中获取已经实例化的解析器为了方便调用,写了一个方法GetParser

public static IExpressionParser GetParser(Expression expr)
{
    var codetype = GetCodeType(expr);
    var parser = Parsers[(int)codetype];
    if (parser == null)
    {
        switch (codetype)
        {
            case ExpressionTypeCode.Unknown:
                throw new ArgumentException("未知的表达式类型", "expr");
            case ExpressionTypeCode.Null:
                throw new ArgumentNullException("expr", "表达式为空");
            default:
                throw new NotImplementedException("尚未实现" + codetype + "的解析");
        }
    }
    return parser;
}

得到解析器之后,就可以做爱做的事了,

好了我也有点累了,先这样吧

未完待续...

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