产品说，我只需要一个有亿点复杂的查询界面

有的时候，你需要动态构建一个比较复杂的查询条件，传入数据库中进行查询。而条件本身可能来自前端请求或者配置文件。那么这个时候，表达式树，就可以帮助到你。本文我们将通过几个简短的示例来了解如何完成这些操作。

你也可能接到过这些需求

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从模型进行查询
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基于配置查询

今天我们看看表达式树如何实现这些需求。

一切都还要从盘古开天开始说起

以下是一个简单的单元测试用例。接下来，我们将这个测试用例改的面目全非。

[Test]
public void Normal()
{var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable() // 0-9.Where(x => x >= 1 && x < 5).ToList(); // 1 2 3 4var expectation = Enumerable.Range(1, 4); // 1 2 3 4re.Should().BeEquivalentTo(expectation);
}

很久很久以前天和地还没有分开

由于是 Queryable 的关系，所以Where当中的其实是一个表达式，那么我们把它单独定义出来，顺便水一下文章的长度。

[Test]
public void Expression00()
{Expression<Func<int, bool>> filter = x => x >= 1 && x < 5;var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);
}

有个叫盘古的巨人在这混沌之中

Expression 右侧是一个 Lambda ，所以可以捕获上下文中的变量。

这样你便可以把 minValue 和 maxValue 单独定义出来。

于是乎你可以从其他地方来获取 minValue 和 maxValue 来改变 filter。

[Test]
public void Expression01()
{var minValue = 1;var maxValue = 5;Expression<Func<int, bool>> filter = x => x >= minValue && x < maxValue;var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);
}

他睡了一万八千年也都不用上班

那既然这样，我们也可以使用一个方法来创建 Expression。

这个方法，实际上就可以认为是这个 Expression 的工厂方法。

[Test]
public void Expression02()
{var filter = CreateFilter(1, 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateFilter(int minValue, int maxValue){return x => x >= minValue && x < maxValue;}
}

有一天盘古突然醒了但天还没亮

那可以使用 minValue 和 maxValue 作为参数来制作工厂方法，那么用委托当然也可以。

于是，我们可以把左边和右边分别定义成两个 Func，从而由外部来决定左右具体的比较方式。

[Test]
public void Expression03()
{var filter = CreateFilter(x => x >= 1, x => x < 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateFilter(Func<int, bool> leftFunc, Func<int, bool> rightFunc){return x => leftFunc.Invoke(x) && rightFunc.Invoke(x);}
}

他就抡起大斧头朝前方猛劈过去

实际上，左右两个不仅仅是两个Func，其实也可以直接是两个表达式。

不过稍微有点不同的是，表达式的合并需要用 Expression 类型中的相关方法创建。

我们可以发现，调用的地方这次其实没有任何改变，因为 Lambda 既可以隐式转换为 Func 也可以隐式转换为 Expression。

每个方法的意思可以从注释中看出。

[Test]
public void Expression04()
{var filter = CreateFilter(x => x >= 1, x => x < 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateFilter(Expression<Func<int, bool>> leftFunc,Expression<Func<int, bool>> rightFunc){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");// (a => leftFunc(a))(x)var leftExp = Expression.Invoke(leftFunc, pExp);// (a => rightFunc(a))(x)var rightExp = Expression.Invoke(rightFunc, pExp);// (a => leftFunc(a))(x) && (a => rightFunc(a))(x)var bodyExp = Expression.AndAlso(leftExp, rightExp);// x => (a => leftFunc(a))(x) && (a => rightFunc(a))(x)var resultExp = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);return resultExp;}
}

只听枯叉一声黑暗渐渐地就分开

但是，上面的方法，其实可以在优化一下。避免对左右表达式的直接调用。

使用一个叫做 Unwrap 的方法，可以将 Lambda Expression 解构成只包含 Body 部分的表达式。

这是一个自定义的扩展方法，你可以通过 ObjectVisitor[1] 来引入这个方法。

限于篇幅，我们此处不能展开谈 Unwrap 的实现。我们只需要关注和前一个示例中注释的不同即可。

[Test]
public void Expression05()
{var filter = CreateFilter(x => x >= 1, x => x < 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateFilter(Expression<Func<int, bool>> leftFunc,Expression<Func<int, bool>> rightFunc){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");// leftFunc(x)var leftExp = leftFunc.Unwrap(pExp);// rightFunc(x)var rightExp = rightFunc.Unwrap(pExp);// leftFunc(x) && rightFunc(x)var bodyExp = Expression.AndAlso(leftExp, rightExp);// x => leftFunc(x) && rightFunc(x)var resultExp = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);return resultExp;}
}

天和地分开后盘古怕它们还合并

我们可以再优化以下，把 CreateFilter 方法扩展为支持多个子表达式和可自定义子表达式的连接方式。

于是，我们就可以得到一个 JoinSubFilters 方法。

[Test]
public void Expression06()
{var filter = JoinSubFilters(Expression.AndAlso, x => x >= 1, x => x < 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> JoinSubFilters(Func<Expression, Expression, Expression> expJoiner,params Expression<Func<int, bool>>[] subFilters){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var result = subFilters[0];foreach (var sub in subFilters[1..]){var leftExp = result.Unwrap(pExp);var rightExp = sub.Unwrap(pExp);var bodyExp = expJoiner(leftExp, rightExp);result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);}return result;}
}

他就头顶着天脚蹬着地不知多久

有了前面的经验，我们知道。其实x => x >= 1这个表达式可以通过一个工厂方法来创建。

所以，我们使用一个 CreateMinValueFilter 来创建这个表达式。

[Test]
public void Expression07()
{var filter = JoinSubFilters(Expression.AndAlso,CreateMinValueFilter(1),x => x < 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateMinValueFilter(int minValue){return x => x >= minValue;}Expression<Func<int, bool>> JoinSubFilters(Func<Expression, Expression, Expression> expJoiner,params Expression<Func<int, bool>>[] subFilters){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var result = subFilters[0];foreach (var sub in subFilters[1..]){var leftExp = result.Unwrap(pExp);var rightExp = sub.Unwrap(pExp);var bodyExp = expJoiner(leftExp, rightExp);result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);}return result;}
}

盘古也累得倒下来变成山石河流

当然，可以只使用 Expression 相关的方法来创建x => x >= 1。

[Test]
public void Expression08()
{var filter = JoinSubFilters(Expression.AndAlso,CreateMinValueFilter(1),x => x < 5);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateMinValueFilter(int minValue){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");// minValuevar rightExp = Expression.Constant(minValue);// x >= minValuevar bodyExp = Expression.GreaterThanOrEqual(pExp, rightExp);var result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);return result;}Expression<Func<int, bool>> JoinSubFilters(Func<Expression, Expression, Expression> expJoiner,params Expression<Func<int, bool>>[] subFilters){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var result = subFilters[0];foreach (var sub in subFilters[1..]){var leftExp = result.Unwrap(pExp);var rightExp = sub.Unwrap(pExp);var bodyExp = expJoiner(leftExp, rightExp);result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);}return result;}
}

那么看来盘古也吃不了上班的苦

那既然都用了 Expression 来创建子表达式了，那就干脆再做一点点改进，把x => x < 5也做成从工厂方法获取。

[Test]
public void Expression09()
{var filter = JoinSubFilters(Expression.AndAlso,CreateValueCompareFilter(Expression.GreaterThanOrEqual, 1),CreateValueCompareFilter(Expression.LessThan, 5));var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Expression<Func<int, bool>> CreateValueCompareFilter(Func<Expression, Expression, Expression> comparerFunc,int rightValue){var pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var rightExp = Expression.Constant(rightValue);var bodyExp = comparerFunc(pExp, rightExp);var result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);return result;}Expression<Func<int, bool>> JoinSubFilters(Func<Expression, Expression, Expression> expJoiner,params Expression<Func<int, bool>>[] subFilters){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var result = subFilters[0];foreach (var sub in subFilters[1..]){var leftExp = result.Unwrap(pExp);var rightExp = sub.Unwrap(pExp);var bodyExp = expJoiner(leftExp, rightExp);result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);}return result;}
}

所以如果可以不做这需求就别搞

最后，我们在把子表达式的创建通过一点点小技巧。通过外部参数来决定。就基本完成了一个多 And 的值比较查询条件的动态构建。

[Test]
public void Expression10()
{var config = new Dictionary<string, int>{{ ">=", 1 },{ "<", 5 }};var subFilters = config.Select(x => CreateValueCompareFilter(MapConfig(x.Key), x.Value)).ToArray();var filter = JoinSubFilters(Expression.AndAlso, subFilters);var re = Enumerable.Range(0, 10).AsQueryable().Where(filter).ToList();var expectation = Enumerable.Range(1, 4);re.Should().BeEquivalentTo(expectation);Func<Expression, Expression, Expression> MapConfig(string op){return op switch{">=" => Expression.GreaterThanOrEqual,"<" => Expression.LessThan,_ => throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(op))};}Expression<Func<int, bool>> CreateValueCompareFilter(Func<Expression, Expression, Expression> comparerFunc,int rightValue){var pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var rightExp = Expression.Constant(rightValue);var bodyExp = comparerFunc(pExp, rightExp);var result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);return result;}Expression<Func<int, bool>> JoinSubFilters(Func<Expression, Expression, Expression> expJoiner,params Expression<Func<int, bool>>[] subFilters){// xvar pExp = Expression.Parameter(typeof(int), "x");var result = subFilters[0];foreach (var sub in subFilters[1..]){var leftExp = result.Unwrap(pExp);var rightExp = sub.Unwrap(pExp);var bodyExp = expJoiner(leftExp, rightExp);result = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(bodyExp, pExp);}return result;}
}

还要更多

如果逻辑关系更复杂，有多层嵌套像树形一样，比较方法也很多花样，甚至包含方法，怎么办？

可以参考以下示例：

https://github.com/newbe36524/Newbe.Demo/tree/main/src/BlogDemos/Newbe.ExpressionsTests/Newbe.ExpressionsTests/FilterFactory

如果你对此内容感兴趣，还可以浏览我之前录制的视频进行进一步了解：

  • 戏精分享 C#表达式树，第一季[2]

  • 戏精分享 C#表达式树，第二季[3]

你也可以参阅之前一篇入门：

《只要十步，你就可以应用表达式树来优化动态调用》[4]

或者看MSDN文档，我觉得你也可以有所收获:

https://docs.microsoft.com/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/expression-trees/?WT.mc_id=DX-MVP-5003606

这篇相关的代码，可以通过以下地址得到：

https://github.com/newbe36524/Newbe.Demo/blob/main/src/BlogDemos/Newbe.ExpressionsTests/Newbe.ExpressionsTests/Examples/Z01SingleWhereTest.cs

如果你觉得本文不错，记得收藏、点赞、评论、转发。告诉我还想知道点什么哟。

参考资料

[1]

Newbe.ObjectVisitor: https://github.com/newbe36524/Newbe.ObjectVisitor

[2]

戏精分享 C#表达式树，第一季: https://www.bilibili.com/video/BV15y4y1r7pK

[3]

戏精分享 C#表达式树，第二季: https://www.bilibili.com/video/BV1Mi4y1L7oR

[4]

只要十步，你就可以应用表达式树来优化动态调用: https://www.newbe.pro/Newbe.Claptrap/Using-Expression-Tree-To-Build-Delegate/index.html

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