Definição da palavra expression trees
Neste artigo, você aprenderá a visitar cada nó em uma árvore de expressão enquanto cria uma cópia modificada dessa árvore de expressão. Você traduz árvores de expressão para entender os algoritmos para que possa ser traduzido em outro ambiente. Alterar o algoritmo que foi criado. Você pode adicionar registros, intercetar chamadas de método e rastreá-las, ou outras finalidades.
O código que você cria para traduzir uma árvore de expressão é uma extensão do que você já viu para visitar todos os nós em uma árvore. Quando você traduz uma árvore de expressão, você visita todos os nós e, ao visitá-los, constrói a nova árvore. A nova árvore pode conter referências aos nós originais ou novos nós que você colocou na árvore.
Vamos visitar uma árvore de expressão e criar uma nova árvore com alguns nós de substituição. Neste exemplo, vamos substituir qualquer constante por uma constante 10 vezes maior. Caso contrário, você deixa a árvore de expressão intacta. Em vez de ler o valor da constante e substituí-la por uma nova constante, você faz essa substituição substituindo o nó constante por um novo nó que executa a multiplicação.
Aqui, uma vez que você encontrar um nó constante, você cria um novo nó de multiplicação cujos filhos são a constante original e a constante 10:
private static Expression ReplaceNodes(Expression original)
{
if (original.NodeType == ExpressionType.Constant)
{
return Expression.Multiply(original, Expression.Constant(10));
}
else if (original.NodeType == ExpressionType.Add)
{
var binaryExpression = (BinaryExpression)original;
return Expression.Add(
ReplaceNodes(binaryExpression.Left),
ReplaceNodes(binaryExpression.Right));
}
return original;
}
Crie uma nova árvore substituindo o nó original pelo substituto. Você verifica as alterações compilando e executando a árvore substituída.
var one = Expression.Constant(1, typeof(int));
var two = Expression.Constant(2, typeof(int));
var addition = Expression.Add(one, two);
var sum = ReplaceNodes(addition);
var executableFunc = Expression.Lambda(sum);
var func = (Func<int>)executableFunc.Compile();
var answer = func();
Console.WriteLine(answer);
Construir uma nova árvore é uma combinação de visitar os nós na árvore existente e criar novos nós e inseri-los na árvore. O exemplo anterior mostra a importância das árvores de expressão serem imutáveis. Observe que a nova árvore criada no código anterior contém uma mistura de nós recém-criados e nós da árvore existente. Os nós podem ser usados em ambas as árvores porque os nós na árvore existente não podem ser modificados. A reutilização de nós resulta em eficiências de memória significativas. Os mesmos nós podem ser usados em toda uma árvore ou em várias árvores de expressão. Como os nós não podem ser modificados, o mesmo nó pode ser reutilizado sempre que necessário.
Atravessar e executar uma adição
Vamos verificar a nova árvore construindo um segundo visitante que percorre a árvore de nós de adição e calcula o resultado. Faça algumas modificações no visitante que você viu até agora. Nesta nova versão, o visitante retorna a soma parcial da operação de adição até este ponto. Para uma expressão constante, é simplesmente o valor da expressão constante. Para uma expressão adicional, o resultado é a soma dos operandos esquerdo e direito, uma vez que essas árvores tenham sido atravessadas.
var one = Expression.Constant(1, typeof(int));
var two = Expression.Constant(2, typeof(int));
var three = Expression.Constant(3, typeof(int));
var four = Expression.Constant(4, typeof(int));
var addition = Expression.Add(one, two);
var add2 = Expression.Add(three, four);
var sum = Expression.Add(addition, add2);
// Declare the delegate, so you can call it
// from itself recursively:
Func<Expression, int> aggregate = null!;
// Aggregate, return constants, or the sum of the left and right operand.
// Major simplification: Assume every binary expression is an addition.
aggregate = (exp) =>
exp.NodeType == ExpressionType.Constant ?
(int)((ConstantExpression)exp).Value :
aggregate(((BinaryExpression)exp).Left) + aggregate(((BinaryExpression)exp).Right);
var theSum = aggregate(sum);
Console.WriteLine(theSum);
Há um pouco de código aqui, mas os conceitos são acessíveis. Este código visita as crianças em uma primeira pesquisa aprofundada. Quando encontra um nó constante, o visitante retorna o valor da constante. Depois de o visitante ter visitado ambas as crianças, estas calcularam a soma calculada para essa subárvore. O nó de adição agora pode calcular sua soma. Uma vez que todos os nós na árvore de expressão tenham sido visitados, a soma foi calculada. Você pode rastrear a execução executando o exemplo no depurador e rastreando a execução.
Vamos facilitar o rastreamento de como os nós são analisados e como a soma é calculada atravessando a árvore. Aqui está uma versão atualizada do método Aggregate que inclui um pouco de informações de rastreamento:
private static int Aggregate(Expression exp)
{
if (exp.NodeType == ExpressionType.Constant)
{
var constantExp = (ConstantExpression)exp;
Console.Error.WriteLine($"Found Constant: {constantExp.Value}");
if (constantExp.Value is int value)
{
return value;
}
else
{
return 0;
}
}
else if (exp.NodeType == ExpressionType.Add)
{
var addExp = (BinaryExpression)exp;
Console.Error.WriteLine("Found Addition Expression");
Console.Error.WriteLine("Computing Left node");
var leftOperand = Aggregate(addExp.Left);
Console.Error.WriteLine($"Left is: {leftOperand}");
Console.Error.WriteLine("Computing Right node");
var rightOperand = Aggregate(addExp.Right);
Console.Error.WriteLine($"Right is: {rightOperand}");
var sum = leftOperand + rightOperand;
Console.Error.WriteLine($"Computed sum: {sum}");
return sum;
}
else throw new NotSupportedException("Haven't written this yet");
}
Executá-lo na sum expressão produz a seguinte saída:
10
Found Addition Expression
Computing Left node
Found Addition Expression
Computing Left node
Found Constant: 1
Left is: 1
Computing Right node
Found Constant: 2
Right is: 2
Computed sum: 3
Left is: 3
Computing Right node
Found Addition Expression
Computing Left node
Found Constant: 3
Left is: 3
Computing Right node
Found Constant: 4
Right is: 4
Computed sum: 7
Right is: 7
Computed sum: 10
10
Rastreie a saída e acompanhe o código anterior. Você deve ser capaz de descobrir como o código visita cada nó e calcula a soma à medida que atravessa a árvore e encontra a soma.
Agora, vejamos uma corrida diferente, com a expressão dada por sum1:
Expression<Func<int>> sum1 = () => 1 + (2 + (3 + 4));
Aqui está o resultado do exame desta expressão:
Found Addition Expression
Computing Left node
Found Constant: 1
Left is: 1
Computing Right node
Found Addition Expression
Computing Left node
Found Constant: 2
Left is: 2
Computing Right node
Found Addition Expression
Computing Left node
Found Constant: 3
Left is: 3
Computing Right node
Found Constant: 4
Right is: 4
Computed sum: 7
Right is: 7
Computed sum: 9
Right is: 9
Computed sum: 10
10
Embora a resposta final seja a mesma, a travessia da árvore é diferente. Os nós são percorridos em uma ordem diferente, porque a árvore foi construída com diferentes operações ocorrendo primeiro.
Criar uma cópia modificada
Crie um novo projeto de Aplicativo de Console . Adicione uma using diretiva ao arquivo para o System.Linq.Expressions namespace. Adicione a AndAlsoModifier classe ao seu projeto.
public class AndAlsoModifier : ExpressionVisitor
{
public Expression Modify(Expression expression)
{
return Visit(expression);
}
protected override Expression VisitBinary(BinaryExpression b)
{
if (b.NodeType == ExpressionType.AndAlso)
{
Expression left = this.Visit(b.Left);
Expression right = this.Visit(b.Right);
// Make this binary expression an OrElse operation instead of an AndAlso operation.
return Expression.MakeBinary(ExpressionType.OrElse, left, right, b.IsLiftedToNull, b.Method);
}
return base.VisitBinary(b);
}
}
Essa classe herda a ExpressionVisitor classe e é especializada para modificar expressões que representam operações condicionais AND . Ele altera essas operações de uma condicional AND para uma condicional OR. A classe substitui o VisitBinary método do tipo base, porque expressões condicionais AND são representadas como expressões binárias. VisitBinary No método, se a expressão que é passada para ele representa uma operação condicionalAND, o código constrói uma nova expressão que contém o operador condicional OR em vez do operador condicionalAND. Se a expressão que é passada para VisitBinary não representa uma operação condicional AND , o método adia para a implementação da classe base. Os métodos de classe base constroem nós que são como as árvores de expressão que são passadas, mas os nós têm suas subárvores substituídas pelas árvores de expressão produzidas recursivamente pelo visitante.
Adicione uma using diretiva ao arquivo para o System.Linq.Expressions namespace. Adicione código ao Main método no arquivo Program.cs para criar uma árvore de expressão e passá-la para o método que a modifica.
Expression<Func<string, bool>> expr = name => name.Length > 10 && name.StartsWith("G");
Console.WriteLine(expr);
AndAlsoModifier treeModifier = new AndAlsoModifier();
Expression modifiedExpr = treeModifier.Modify((Expression)expr);
Console.WriteLine(modifiedExpr);
/* This code produces the following output:
name => ((name.Length > 10) && name.StartsWith("G"))
name => ((name.Length > 10) || name.StartsWith("G"))
*/
O código cria uma expressão que contém uma operação condicional AND . Em seguida, ele cria uma instância da AndAlsoModifier classe e passa a expressão para o Modify método dessa classe. As árvores de expressão original e modificada são saídas para mostrar a alteração. Compile e execute o aplicativo.
Mais informações
Este exemplo mostra um pequeno subconjunto do código que você criaria para percorrer e interpretar os algoritmos representados por uma árvore de expressão. Para obter informações sobre como construir uma biblioteca de uso geral que traduz árvores de expressão para outro idioma, leia esta série de Matt Warren. Ele entra em grandes detalhes sobre como traduzir qualquer um dos códigos que você pode encontrar em uma árvore de expressão.
Você já viu o verdadeiro poder das árvores de expressão. Você examina um conjunto de código, faz as alterações desejadas nesse código e executa a versão alterada. Como as árvores de expressão são imutáveis, você cria novas árvores usando os componentes das árvores existentes. A reutilização de nós minimiza a quantidade de memória necessária para criar árvores de expressão modificadas.
