LINQ 學習筆記：深入理解表達式樹

前言

在 LINQ 中，查詢表達式的建構方式取決於資料來源：本地集合使用 IEnumerable<T> 與委托，而遠端資料源（如 LINQ to SQL）則使用 IQueryable<T> 與表達式樹。本文將詳細探討表達式樹的核心概念、與委托的差異、編譯技巧以及動態建構表達式樹的方法。

委托 vs 表達式樹

回顧 LINQ 兩大查詢模式：

• 本地查詢：使用 Enumerable 操作符，參數為 Func<T, bool> 委托。
• 解釋查詢：使用 Queryable 操作符，參數為 Expression<Func<T, bool>> 表達式樹。

以 Where 為例：

// Enumerable.Where
public static IEnumerable<T> Where(this IEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate)

// Queryable.Where
public static IQueryable<T> Where(this IQueryable<T> source, Expression<Func<T, bool>> predicate)

雖然 Lambda 寫法相同（p => !p.Discontinued），但編譯器會根據來源型別（IEnumerable 或 IQueryable）決定產生委托還是表達式樹。若需明確指定，可顯式宣告變數型別：

Func<Product, bool> del = p => !p.Discontinued;        // 委托
Expression<Func<Product, bool>> expr = p => !p.Discontinued; // 表達式樹

編譯表達式樹

表達式樹可透過 Compile() 轉為委托，這對建立可重用的查詢邏輯極有價值。例如在實體類別中定義靜態方法回傳表達式：

public partial class Product
{
    public static Expression<Func<Product, bool>> IsSelling()
    {
        return p => !p.Discontinued && p.LastSale > DateTime.Now.AddDays(-30);
    }
}

此方法同時支援本地與遠端查詢：

var sqlQuery = dataContext.Products.Where(Product.IsSelling());           // IQueryable
var localQuery = localProducts.Where(Product.IsSelling().Compile());     // IEnumerable

注意：委托無法反向轉換為表達式樹，這也是表達式樹更具彈性的原因。

AsQueryable：統一本地與遠端查詢

AsQueryable() 可將本地集合包裝為 IQueryable，讓同一查詢邏輯同時適用於記憶體與資料庫：

IQueryable<Product> FilterSortProducts(IQueryable<Product> input)
{
    return from p in input where ... orderby ... select p;
}

void Test()
{
    var sqlQuery = FilterSortProducts(dataContext.Products);
    var localQuery = FilterSortProducts(localProducts.AsQueryable());
}

列舉結果時，表達式樹會隱式編譯為本地委托執行。

表達式樹的 DOM 結構

表達式樹是一個小型 DOM，每個節點對應 System.Linq.Expressions 命名空間下的型別。基類為非泛型 Expression，泛型 Expression<TDelegate> 代表型別化的 Lambda 表達式。透過 Expression 靜態工廠方法即可動態建構樹：

// 動態建構 s => s.Length < 5
ParameterExpression p = Expression.Parameter(typeof(string), "s");
MemberExpression len = Expression.Property(p, "Length");
ConstantExpression five = Expression.Constant(5);
BinaryExpression cmp = Expression.LessThan(len, five);
Expression<Func<string, bool>> lambda = Expression.Lambda<Func<string, bool>>(cmp, p);

Func<string, bool> runnable = lambda.Compile();
Console.WriteLine(runnable("James")); // False
Console.WriteLine(runnable("dog"));   // True

這展示了如何在執行時期從零建立表達式樹，並轉換為可執行委托或用於 LINQ to SQL 查詢。

總結

表達式樹是 LINQ 解釋查詢的核心，它將程式碼轉為資料結構，使遠端提供者能翻譯為 SQL。掌握表達式樹的建構、編譯與動態生成，能大幅提升查詢邏輯的重用性與靈活性。