建置表達式樹狀架構

2025-06-17

C# 編譯程式已建立到目前為止您已看到的所有運算式樹狀結構。您已建立一個 Lambda 運算式，並將其指派給類型為 Expression<Func<T>> 或相似類型的變數。在許多情況下，您會在運行時間在記憶體中建置表達式。

表達式樹狀結構是不可變的。不可變意味著您必須從樹葉開始構建整棵樹到樹根。用來建立表示式樹的 API 會反映這個事實：用來建立節點的方法會將所有子節點作為參數。讓我們逐步解說一些範例來示範技術。

建立節點

首先，您會從您在下列各節中使用的加法表達式開始：

Expression<Func<int>> sum = () => 1 + 2;

若要建構該運算式樹狀結構，您必須先建構分葉節點。分葉節點是常數。使用Constant方法來建立節點。

var one = Expression.Constant(1, typeof(int));
var two = Expression.Constant(2, typeof(int));

接下來，建置加法表達式：

var addition = Expression.Add(one, two);

建置加法表示式之後，您會建立 Lambda 表達式：

var lambda = Expression.Lambda(addition);

此 Lambda 運算式不包含任何自變數。在本節稍後，您將瞭解如何將自變數對應至參數，並建置更複雜的表達式。

對於類似此表達式的表示式，您可以將所有呼叫合併成單一語句：

var lambda2 = Expression.Lambda(
    Expression.Add(
        Expression.Constant(1, typeof(int)),
        Expression.Constant(2, typeof(int))
    )
);

建一棵樹

上一節顯示在記憶體中建置表達式樹狀結構的基本概念。更複雜的樹狀結構通常表示更多節點類型，以及樹狀結構中的更多節點。讓我們再執行一個範例，並顯示您在建立表達式樹狀架構時通常會建置的兩個節點類型：自變數節點和方法呼叫節點。讓我們建置表達式樹狀結構來建立此表達式：

Expression<Func<double, double, double>> distanceCalc =
    (x, y) => Math.Sqrt(x * x + y * y);

首先，為 x 和 y 建立參數表達式：

var xParameter = Expression.Parameter(typeof(double), "x");
var yParameter = Expression.Parameter(typeof(double), "y");

建立乘法和加法運算式會遵循您已經看到的模式：

var xSquared = Expression.Multiply(xParameter, xParameter);
var ySquared = Expression.Multiply(yParameter, yParameter);
var sum = Expression.Add(xSquared, ySquared);

接下來，您需要建立一個方法呼叫表達式，用於呼叫Math.Sqrt。

var sqrtMethod = typeof(Math).GetMethod("Sqrt", new[] { typeof(double) }) ?? throw new InvalidOperationException("Math.Sqrt not found!");
var distance = Expression.Call(sqrtMethod, sum);

如果找不到方法，呼叫 GetMethod 可能會傳回 null 。很可能是因為您拼錯了方法名稱。否則，這可能表示未載入必要的組件。最後，您會將方法呼叫放入 Lambda 運算式中，並確定定義 Lambda 表達式的自變數：

var distanceLambda = Expression.Lambda(
    distance,
    xParameter,
    yParameter);

在這個更複雜的範例中，您會看到一些額外的技術，這些技術通常需要用來建立表達式樹。

首先，您需要先建立代表參數或局部變數的物件，再使用它們。建立這些物件之後，您就可以在表達式樹狀目錄中視需要使用這些物件。

其次，您必須使用反映 API 的子集來建立 System.Reflection.MethodInfo 物件，以便建立表達式樹狀結構來存取該方法。您必須將自己限制在 .NET Core 平台上可用的反射 API 子集。同樣地，這些技術會延伸至其他表達式樹狀結構。

深入建置程序代碼

您可以使用這些 API 來建置的內容並不受限制。不過，您想要建置的表達式樹狀結構越複雜，程式代碼就越難管理和讀取。

讓我們建置相當於此程式碼的表達式樹狀結構：

Func<int, int> factorialFunc = (n) =>
{
    var res = 1;
    while (n > 1)
    {
        res = res * n;
        n--;
    }
    return res;
};

上述程式代碼並沒有建構表達式樹，而是僅建構了委派物件。使用類別 Expression ，您無法建置語句 Lambda。以下是建置相同功能所需的程序代碼。沒有用來建立 while 迴圈的 API。相反地，你需要建置一個包含條件測試的迴圈，以及一個標籤目標以便能夠根據條件跳出迴圈。

var nArgument = Expression.Parameter(typeof(int), "n");
var result = Expression.Variable(typeof(int), "result");

// Creating a label that represents the return value
LabelTarget label = Expression.Label(typeof(int));

var initializeResult = Expression.Assign(result, Expression.Constant(1));

// This is the inner block that performs the multiplication,
// and decrements the value of 'n'
var block = Expression.Block(
    Expression.Assign(result,
        Expression.Multiply(result, nArgument)),
    Expression.PostDecrementAssign(nArgument)
);

// Creating a method body.
BlockExpression body = Expression.Block(
    new[] { result },
    initializeResult,
    Expression.Loop(
        Expression.IfThenElse(
            Expression.GreaterThan(nArgument, Expression.Constant(1)),
            block,
            Expression.Break(label, result)
        ),
        label
    )
);

建置因數函式表達式樹狀結構的程式代碼相當長、更複雜，而且它充滿了卷標和 break 語句，以及您想要在我們的日常編碼工作中避免的其他元素。

在本節中，您會撰寫程式代碼來瀏覽此表達式樹狀結構中的每個節點，並寫出此範例中建立之節點的相關信息。您可以在 dotnet/docs GitHub 存放庫檢視或下載範例程式代碼。親自嘗試建置和執行範例。

將程式碼構造對應到表達式

下列程式代碼範例示範表達式樹狀結構，此樹狀結構會使用 API 來表示 Lambda 運算式 num => num < 5 。

// 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 });

表達式樹狀架構 API 也支援指派和控制流程運算式，例如迴圈、條件式區塊和 try-catch 區塊。藉由使用 API，您可以建立比 C# 編譯程式可從 Lambda 運算式建立的運算式樹狀結構更複雜。下列範例示範如何建立表達式樹狀結構，以計算數位的乘積。

// 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.

如需詳細資訊，請參閱在Visual Studio 2010中使用表達式樹狀架構產生動態方法，這也適用於較新版本的Visual Studio。

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