跟着AI学习C# Day23

Day 23：表达式树（Expression Trees）与动态查询构建

✅ 学习目标：

• 理解什么是 表达式树（Expression Tree）；
• 掌握如何手动构建和编译表达式树；
• 理解表达式树在 LINQ、EF Core 中的作用；
• 学会使用表达式树实现动态条件查询；
• 能够构建可复用的查询逻辑（如动态过滤器）；
• 编写一个基于表达式树的通用搜索功能示例。

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一、什么是表达式树？

表达式树（Expression Tree） 是一种数据结构，它以树状形式表示代码逻辑。不同于普通的委托（如 Func），表达式树可以在运行时被查看、修改甚至转换为 SQL 查询语句。

主要用途：

场景	示例
LINQ to SQL / EF Core	将 C# 表达式转换为 SQL 查询
动态查询构建	根据用户输入构造筛选条件
自定义规则引擎	构建可配置的业务逻辑
性能优化	避免反射调用，构建高效委托

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二、表达式树 vs 委托（Func<>）

特性	Func<> 委托	表达式树 Expression>
可执行	✅	❌（需要编译后才能执行）
可序列化	❌	✅（可用于远程传输或持久化）
可分析	❌	✅（可解析其结构）
是否可转换为 SQL	❌	✅（用于 EF Core 查询）

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三、基本结构与构建方式

示例：创建一个 x => x.Age > 18 的表达式树

// 参数：x
ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(Person), "x");

// 属性访问：x.Age
MemberExpression ageProperty = Expression.Property(param, "Age");

// 常量：18
ConstantExpression constant = Expression.Constant(18);

// 比较表达式：x.Age > 18
BinaryExpression condition = Expression.GreaterThan(ageProperty, constant);

// 整体表达式：x => x.Age > 18
Expression<Func<Person, bool>> lambda = Expression.Lambda<Func<Person, bool>>(condition, param);

你可以将这个表达式用于 LINQ 查询：

var adults = people.Where(lambda.Compile());

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⚙️ 四、表达式树常用节点类型

节点类型	描述
ParameterExpression	表示参数（如 x）
MemberExpression	访问属性或字段（如 x.Name）
ConstantExpression	表示常量值（如 "Hello"）
BinaryExpression	表示运算符（如 >、==）
MethodCallExpression	表示方法调用（如 string.Contains()）
LambdaExpression	包装整个 Lambda 表达式

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五、动态构建复杂查询条件

你可以根据用户输入动态拼接多个条件：

public static Expression<Func<T, bool>> BuildFilter<T>(Dictionary<string, object> filters)
{
    ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(T), "x");
    Expression body = Expression.Constant(true); // 初始条件为 true

    foreach (var filter in filters)
    {
        MemberExpression property = Expression.Property(param, filter.Key);
        ConstantExpression value = Expression.Constant(filter.Value);

        BinaryExpression condition = Expression.Equal(property, value);
        body = Expression.AndAlso(body, condition);
    }

    return Expression.Lambda<Func<T, bool>>(body, param);
}

使用示例：

var filters = new Dictionary<string, object>
{
    { "Name", "张三" },
    { "Age", 25 }
};

Expression<Func<Person, bool>> expr = BuildFilter<Person>(filters);

List<Person> result = people.Where(expr.Compile()).ToList();

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六、结合 Entity Framework 使用表达式树

在 EF Core 中，表达式树会被自动转换为 SQL 查询，因此你不能使用 .Compile()。

✅ 正确方式：

var query = context.People.Where(expr); // 不编译，直接传入 EF

❌ 错误方式：

var query = context.People.Where(expr.Compile()); // 报错，EF 无法解析

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七、构建支持 Contains 的动态查询（模糊匹配）

public static Expression<Func<T, bool>> BuildSearchExpression<T>(
    string propertyName, string keyword)
{
    ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(T), "x");
    MemberExpression property = Expression.Property(param, propertyName);
    MethodInfo method = typeof(string).GetMethod("Contains", new[] { typeof(string) });
    ConstantExpression value = Expression.Constant(keyword);

    MethodCallExpression containsCall = Expression.Call(property, method, value);

    return Expression.Lambda<Func<T, bool>>(containsCall, param);
}

使用示例：

Expression<Func<Person, bool>> expr = BuildSearchExpression<Person>("Name", "李");
var results = people.Where(expr.Compile()).ToList();

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实战练习：通用动态查询过滤器

功能要求：

• 支持多个字段的等值查询；
• 支持模糊搜索（包含关键字）；
• 支持排序字段和方向；
• 返回符合条件的结果列表。

示例代码框架：

class DynamicQuery<T>
{
    private List<Expression<Func<T, bool>>> _filters = new();

    public DynamicQuery<T> EqualsTo(string propertyName, object value)
    {
        var expr = BuildEqualsFilter(propertyName, value);
        _filters.Add(expr);
        return this;
    }

    public DynamicQuery<T> Contains(string propertyName, string keyword)
    {
        var expr = BuildSearchExpression<T>(propertyName, keyword);
        _filters.Add(expr);
        return this;
    }

    public Func<IQueryable<T>, IOrderedQueryable<T>> OrderBy(string propertyName, bool descending = false)
    {
        return source =>
        {
            var param = Expression.Parameter(typeof(T), "x");
            var property = Expression.Property(param, propertyName);
            var lambda = Expression.Lambda(property, param);

            string methodName = descending ? "OrderByDescending" : "OrderBy";
            var result = (IOrderedQueryable<T>)typeof(Queryable)
                .GetMethods()
                .Single(m => m.Name == methodName && m.GetParameters().Length == 2)
                .MakeGenericMethod(typeof(T), property.Type)
                .Invoke(null, new object[] { source, lambda });

            return result;
        };
    }

    public List<T> Execute(IEnumerable<T> data)
    {
        var predicate = _filters.Aggregate((a, b) => a.And(b));
        return data.AsQueryable().Where(predicate).ToList();
    }

    // 辅助方法：BuildEqualsFilter、BuildSearchExpression 等
}

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小结

今天你学会了：

• 什么是表达式树及其与普通委托的区别；
• 如何手动构建表达式树并将其编译为可执行的委托；
• 掌握了如何使用表达式树实现动态查询条件；
• 理解了表达式树在 LINQ、EF Core 查询中的作用；
• 编写了多个实用的表达式树构建函数；
• 完成了一个通用的动态查询过滤器实战项目。

表达式树是 C# 中非常强大的工具之一，尤其适用于构建灵活的查询系统、ORM 映射、自定义规则引擎等高级开发场景。

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下一步学习方向（Day 24）

明天我们将进入一个新的主题 —— C# 中的设计模式入门（Design Patterns in C#），你将学会如何识别常见设计模式、理解其应用场景，并掌握单例、工厂、策略等几种最常用的模式。