式ツリー (Visual Basic)

  • [アーティクル]

式ツリーでは、コードがツリー状のデータ構造で表示されます。各ノードは 1 つの式に対応しています。たとえば、メソッドの呼び出しや x < y のような二項演算などです。

式ツリーで表されるコードはコンパイルおよび実行できます。 これによって、実行可能なコードの動的な変更、さまざまなデータベースでの LINQ クエリの実行、および動的クエリの作成が可能になります。 LINQ の式ツリーの詳細については、「方法: 式ツリーを使用して動的クエリをビルドする (Visual Basic)」を参照してください。

また、式ツリーを動的言語ランタイム (DLR) に使用することで、動的言語と .NET Framework 間の相互運用性が実現し、コンパイラ ライターで Microsoft Intermediate language (MSIL) ではなく式ツリーを出力できるようになります。 DLR の詳細については、「動的言語ランタイムの概要」を参照してください。

匿名のラムダ式に基づいて、C# と Visual Basic コンパイラで式ツリーを作成できます。または、System.Linq.Expressions 名前空間を使用して手動で式ツリーを作成できます。

ラムダ式からの式ツリーの作成

ラムダ式が Expression<TDelegate> 型の変数に割り当てられている場合、コンパイラはラムダ式を表す式ツリーを構築するコードを出力します。

Visual Basic コンパイラは、式形式のラムダ (つまり単一行のラムダ) からのみ式ツリーを生成できます。 ステートメント形式のラムダ (つまり複数行のラムダ) は解析できません。 Visual Basic のラムダ式の詳細については、「ラムダ式」を参照してください。

次のコード例は、ラムダ式 Function(num) num < 5 を表す式ツリーを Visual Basic コンパイラで作成する方法を示しています。

Dim lambda As Expression(Of Func(Of Integer, Boolean)) =  
    Function(num) num < 5

API を使用した式ツリーの作成

API を使用して式ツリーを作成するには、Expression クラスを使用します。 このクラスには、特定の型を持つ式ツリー ノードを作成する静的ファクトリ メソッドが含まれます。たとえば、変数またはパラメーターを表す ParameterExpression や、メソッドの呼び出しを表す MethodCallExpression などです。 ParameterExpression、MethodCallExpression などの式固有の型も、System.Linq.Expressions 名前空間で定義されます。 これらの型は、Expression 抽象型から派生したものです。

次のコード例は、API を使用して、ラムダ式 Function(num) num < 5 を表す式ツリーを作成する方法を示しています。

' Import the following namespace to your project: System.Linq.Expressions  
  
' Manually build the expression tree for the lambda expression num => num < 5.  
Dim numParam As ParameterExpression = Expression.Parameter(GetType(Integer), "num")  
Dim five As ConstantExpression = Expression.Constant(5, GetType(Integer))  
Dim numLessThanFive As BinaryExpression = Expression.LessThan(numParam, five)  
Dim lambda1 As Expression(Of Func(Of Integer, Boolean)) =  
  Expression.Lambda(Of Func(Of Integer, Boolean))(  
        numLessThanFive,  
        New ParameterExpression() {numParam})

.NET Framework 4 以降の式ツリー API は、割り当て式、制御フロー式 (ループ、条件ブロック)、および try-catch ブロックもサポートしています。 API を使用すると、Visual Basic コンパイラのラムダ式から作成できる式ツリーよりも複雑な式ツリーを作成できます。 次の例は、数値の階乗を計算する式ツリーを作成する方法を示しています。

' Creating a parameter expression.  
Dim value As ParameterExpression =  
    Expression.Parameter(GetType(Integer), "value")  
  
' Creating an expression to hold a local variable.
Dim result As ParameterExpression =  
    Expression.Parameter(GetType(Integer), "result")  
  
' Creating a label to jump to from a loop.  
Dim label As LabelTarget = Expression.Label(GetType(Integer))  
  
' Creating a method body.  
Dim block As BlockExpression = Expression.Block(  
    New ParameterExpression() {result},  
    Expression.Assign(result, Expression.Constant(1)),  
    Expression.Loop(  
        Expression.IfThenElse(  
            Expression.GreaterThan(value, Expression.Constant(1)),  
            Expression.MultiplyAssign(result,  
                Expression.PostDecrementAssign(value)),  
            Expression.Break(label, result)  
        ),  
        label  
    )  
)  
  
' Compile an expression tree and return a delegate.  
Dim factorial As Integer =  
    Expression.Lambda(Of Func(Of Integer, Integer))(block, value).Compile()(5)  
  
Console.WriteLine(factorial)  
' Prints 120.

詳細については、「Generating Dynamic Methods with Expression Trees in Visual Studio 2010 (Visual Studio 2010 での式ツリーによる動的メソッドの生成)」を参照し、Visual Studio 2010 以降のバージョンについても同じ方法を適用してください。

式ツリーの解析

次のコード例は、ラムダ式 Function(num) num < 5 を表す式ツリーを各部分に分解する方法を示しています。

' Import the following namespace to your project: System.Linq.Expressions  
  
' Create an expression tree.  
Dim exprTree As Expression(Of Func(Of Integer, Boolean)) = Function(num) num < 5  
  
' Decompose the expression tree.  
Dim param As ParameterExpression = exprTree.Parameters(0)  
Dim operation As BinaryExpression = exprTree.Body  
Dim left As ParameterExpression = operation.Left  
Dim right As ConstantExpression = operation.Right  
  
Console.WriteLine(String.Format("Decomposed expression: {0} => {1} {2} {3}",  
                  param.Name, left.Name, operation.NodeType, right.Value))  
  
' This code produces the following output:  
'  
' Decomposed expression: num => num LessThan 5

式ツリーの不変性

式ツリーは変更できません。 つまり、式ツリーを変更するには、既存の式ツリーをコピーしてツリー内のノードを置き換えることで、新しい式ツリーを作成する必要があります。 式ツリー ビジターを使用して、既存の式ツリーを走査することができます。 詳細については、「方法:式ツリーを変更する (Visual Basic)」を参照してください。

式ツリーのコンパイル

Expression<TDelegate> 型に含まれる Compile メソッドにより、式ツリーが表すコードを実行可能なデリゲートにコンパイルします。

次のコード例は、式ツリーをコンパイルして結果のコードを実行する方法を示しています。

' Creating an expression tree.  
Dim expr As Expression(Of Func(Of Integer, Boolean)) =  
    Function(num) num < 5  
  
' Compiling the expression tree into a delegate.  
Dim result As Func(Of Integer, Boolean) = expr.Compile()  
  
' Invoking the delegate and writing the result to the console.  
Console.WriteLine(result(4))  
  
' Prints True.  
  
' You can also use simplified syntax  
' to compile and run an expression tree.  
' The following line can replace two previous statements.  
Console.WriteLine(expr.Compile()(4))  
  
' Also prints True.

詳細については、「方法:式ツリーを実行する (Visual Basic)」を参照してください。

関連項目