Lambda表达式和表达式树

lambda表达式是C#3.0中引入的比匿名方法更加简洁的一种语法，可用于创建委托或表达式树类型的匿名函数。Lambda表达式本身可划分为两种类型：语句Lambda和表达式Lambda。

表达式Lambda:

要创建lambda表达式，则在lambda运算符 => 的左侧指定输入的参数(如果存在参数），Lambda表达式返回表达式的结果，基本形式如下：

(input parameters) => expression

只有lambda有一个参数时，括号是可以省略的，否则括号是必须的，两个及两个以上参数以逗号分隔：

(x, y) => x == y;       //参数以逗号分隔
 x=>x++;
()=>true;               //使用空括号指定零个输入参数

语句Lambda:

lambda语句与lambda表达式类似，只是把语句括在大括号中，Lambda 语句的主体可以包含任意数量的语句：

(input parameters) => {statement;}

Lambda表达式传递委托:

使用Lambda表达式使代码更为简洁，以下示例：

        public delegate int DelegateTest(int n1, int n2);
        static void Main(string[] args)
        {
            //委托：方法作为参数传递
            var r1 = Result(3, 4, Sum);  
            //使用匿名方法传递委托
            var r4 = Result(3,4,delegate(int x,int y){return x+y;});
            //语句lambda传递委托
            var r2 = Result(3, 4, (a, b) => { return a - b; }); 
            //lambda传递委托
            var r3 = Result(3, 4, (a, b) => a * b); 
            Console.ReadLine();
        }
        public static int Result(int a, int b, DelegateTest @delegate)
        {
            return @delegate(a, b);
        }
        public static int Sum(int a, int b)
        {
            return a + b;
        }

上面的代码可以看出来，lambda其实和匿名方法没什么区别，使用lambda表达式创建的委托实例，不需要显示定义方法，简化了代码，所以说lambda表达式的使用使的委托实例的创建更加简洁和直观。

在编写lambda时，一般不需要为输入参数指定类型，比如(a, b) => a * b，因为编译器可以根据lambda主体、基础委托类型等因素推断类型，lambda表达式一般遵循以下几个规则：

1. lambda包含的参数数量必须与委托类型包含的参数数量一致。
2. lambda中每个输入参数必须都能够隐式转换为其对应的委托参数(逆变性)
3. lambda的返回值(如果有返回值)必须能够隐式转换为委托的返回类型(协变性)

Lambda表达式的内部机制:

Lambda表达式并非CLR内部的固有构造，它们的实现是由C#编译器在编译时生成的。Lambda表达式为“以内嵌方式声明委托”模式提供一个对应的C#与语言构造。所以，当我们编写lambda时，编译器实际上会生成一系列代码，就以上面的代码为例，通过反编译工具查看生成的等价代码：

Main方法中使用lambda表达式传递委托，编译后生成的是匿名函数。这也证明了上面说的lambda其实就是简化了的匿名函数。
再来看看上面的匿名方法 delegate(int x,int y){return x+y;}和lambad表达式(a, b) => { return a - b; }、(a, b) => a * b),编译后实际生成了3个静态方法 <Main>b_0,<Main>b_1和<Main>b_2，也就是说，在调用的时候还是由这3个静态方法去分别实例化成委托，并作为参数传递的，又回到了最初对委托的了解：委托实现把方法作为参数传入到另一个方法。

表达式树

表达式树是一种允许将lambda表达式表示为树状数据结构而不是可执行逻辑的代码。

表达式树的创建：

1. 通过Lambda表达式创建表达式树

下面的代码演示将lambda表达式表示为可执行代码和表达式树：

   Func<int, int> res = x => x + 1;               //Code 
   Expression<Func<int, int>> exp = x => x + 1;   //Data

进行上面的赋值之后，委托res引用返回x+1的方法，表达式树exp引用描述表达式x=>x+1的数据结构,这是两者的明显区别。

2. 通过API创建表达式树

要使用API创建表达式树，需要使用Expression类。该类提供创建特定类型的表达式树节点的静态方法，例如：ParameterExpression(表示一个变量或参数)或MethodCallExpression(表示一个方法调用)。下面演示使用API创建一个表达式树：

        static void Main(string[] args)
        {//创建表达式树：Expression<Func<int, int>> exp = x => x + 1;
            ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(int),"x");
            ConstantExpression value = Expression.Constant(1, typeof(int));
            BinaryExpression body = Expression.Add(param, value);
            Expression<Func<int, int>> lambdatree = Expression.Lambda<Func<int, int>>(body, param);
            Console.WriteLine("参数param：{0}", param);
            Console.WriteLine("描述body：{0}", body);
            Console.WriteLine("表达式树：{0}", lambdatree);

            //解析表达式树：
            //取得表达式树的参数
            ParameterExpression dparam = lambdatree.Parameters[0] as ParameterExpression;
            //取得表达式树描述
            BinaryExpression dbody = lambdatree.Body as BinaryExpression;
            //取得节点
            ParameterExpression left = dbody.Left as ParameterExpression;
            ConstantExpression right = body.Right as ConstantExpression;
            Console.WriteLine("解析出的表达式：{0}=>{1} {2} {3}", param.Name, left.Name, body.NodeType, right.Value);
            Console.ReadLine();
        }

运行结果：

3.表达式树的修改和执行

表达式树是不可变的，就是说如果要修改某个表达式树，必须通过复制现有的表达式并替换其中的节点，重新构造一个新的表达式树。具体可以使用ExpressionVisitor类遍历现有表达式树，并复制它的每个节点。

    public class NewExpression : ExpressionVisitor
    {
        public ParameterExpression param { get; set; }
        public NewExpression(ParameterExpression param)
        {
            this.param = param;
        }
        public Expression Replace(Expression exp)
        {
            return this.Visit(exp);
        }
        protected override Expression VisitParameter(ParameterExpression node)
        {
            //return base.VisitParameter(node);
            return this.param;
        }
    }
    class LambdaProgram
    {static void Main(string[] args)
        {
            //x=>x>5 和 x=>x<10 -->  x=> x>5 && x<10
            Expression<Func<int, bool>> exp1 = x => x > 5;
            Expression<Func<int, bool>> exp2 = x => x < 10;

            ParameterExpression y = Expression.Parameter(typeof(int), "y");
            var newExp = new NewExpression(y);
            var newexp1 = newExp.Replace(exp1.Body);
            var newexp2 = newExp.Replace(exp2.Body);
            var newbody = Expression.And(newexp1, newexp2);

            Expression<Func<int, bool>> res = Expression.Lambda<Func<int, bool>>(newbody, y);
            //将表达式树描述的lambda表达式编译为可执行代码，并生成表示该lambda表达式的委托
            Func<int, bool> del = res.Compile();
            Console.WriteLine(del(7));
            Console.ReadLine();
        }
    }

本来以为只需要将表达式树exp1 和 exp2中的Body取出重新构建一个表达式树即可，但实际过程中遇到了问题，查了查，博客园中有这方面问题的解释：参考了一下http://blog.zhaojie.me/2009/09/specification-pattern-in-csharp-practice-answer-2.html 可以知道，exp1和exp2虽然形式相同，但是它们的“参数”不是同一个对象（此x非彼x呀），所以直接取出exp1和exp2的Body做 var newbody1 = Expression.Add(exp1.Body, exp2.Body) 操作，理想出现的是：x>5 && x<10,实际是报错的。也就是说 exp1.Body和exp2.Body并没有公用一个ParameterExpression实例。因此必须将两个表达式的参数统一成一个对象。实现方法:

public class NewExpression : ExpressionVisitor
    {
        public ParameterExpression param { get; set; }
        public NewExpression(ParameterExpression param)
        {
            this.param = param;
        }
        public Expression Replace(Expression exp)
        {
            return this.Visit(exp);
        }
        protected override Expression VisitParameter(ParameterExpression node)
        {
            //return base.VisitParameter(node);
            return this.param;
        }
    }

通过重写的VisitParameter方法，返回的是我们自定义的ParameterExpression对象，当调用Visit方法后，返回的是一个新的NewExpression对象，参数为自定义的ParameterExpression y。

最后执行表达式树，只能执行表示lambda表达式的表达式树，表示lamdba表达式的表达式树属于LambdaExpression或Expression<TDelegate>类型。执行后可能返回一个值，也可能返回一个委托对象。

Func<int, bool> del = res.Compile();
Console.WriteLine(del(7));

关于表达式树：表达式树这一概念的引入，使得程序可以将一个lambda表达式编译成数据来表示，而不是编译成一个表示为委托的具体实现（静态方法）。利用这一特性，Linq to Sql和Linq to Xml等库能解释表达式树，并在CIL之外的上下文中使用。