式ツリー (C# および Visual Basic)
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 (C# および 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 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。
C# および 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。 C# のラムダ式の詳細については、「ラムダ式 (C# プログラミング ガイド)」を参照してください。Visual Basic については、「ラムダ式 (Visual Basic)」を参照してください。
次のコード例では、ラムダ式 num => num < 5 (C#) または Function(num) num < 5 (Visual Basic) を表す式ツリーを C# および 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
Expression<Func<int, bool>> lambda = 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 num => num < 5 (C#) または Function(num) num < 5 (Visual Basic) 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})
// Add the following using directive to your code file:
// using System.Linq.Expressions;
// Manually build the expression tree for
// the lambda expression num => num < 5.
ParameterExpression numParam = Expression.Parameter(typeof(int), "num");
ConstantExpression five = Expression.Constant(5, typeof(int));
BinaryExpression numLessThanFive = Expression.LessThan(numParam, five);
Expression<Func<int, bool>> lambda1 =
Expression.Lambda<Func<int, bool>>(
numLessThanFive,
new ParameterExpression[] { numParam });
.NET Framework 4 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、C# および 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.
// Creating a parameter expression.
ParameterExpression value = Expression.Parameter(typeof(int), "value");
// Creating an expression to hold a local variable.
ParameterExpression result = Expression.Parameter(typeof(int), "result");
// Creating a label to jump to from a loop.
LabelTarget label = Expression.Label(typeof(int));
// Creating a method body.
BlockExpression block = Expression.Block(
// Adding a local variable.
new[] { result },
// Assigning a constant to a local variable: result = 1
Expression.Assign(result, Expression.Constant(1)),
// Adding a loop.
Expression.Loop(
// Adding a conditional block into the loop.
Expression.IfThenElse(
// Condition: value > 1
Expression.GreaterThan(value, Expression.Constant(1)),
// If true: result *= value --
Expression.MultiplyAssign(result,
Expression.PostDecrementAssign(value)),
// If false, exit the loop and go to the label.
Expression.Break(label, result)
),
// Label to jump to.
label
)
);
// Compile and execute an expression tree.
int factorial = Expression.Lambda<Func<int, int>>(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)」を参照してください。
式ツリーの解析
次のコード例では、ラムダ式 num => num < 5 (C#) または Function(num) num < 5 (Visual Basic) を表す式ツリーを各部分に分解する方法を示します。
' 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
// Add the following using directive to your code file:
// using System.Linq.Expressions;
// Create an expression tree.
Expression<Func<int, bool>> exprTree = num => num < 5;
// Decompose the expression tree.
ParameterExpression param = (ParameterExpression)exprTree.Parameters[0];
BinaryExpression operation = (BinaryExpression)exprTree.Body;
ParameterExpression left = (ParameterExpression)operation.Left;
ConstantExpression right = (ConstantExpression)operation.Right;
Console.WriteLine("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 (C# および Visual Basic)」を参照してください。
式ツリーのコンパイル
Expression 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.
// Creating an expression tree.
Expression<Func<int, bool>> expr = num => num < 5;
// Compiling the expression tree into a delegate.
Func<int, bool> result = 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 (C# および Visual Basic)」を参照してください。
参照
処理手順
方法: 式ツリーを実行する (C# および Visual Basic)
方法: 式ツリーを変更する (C# および Visual Basic)