C# 表达式树 Expression 基础讲解：原理、创建与使用

什么是表达式树

表达式树（Expression Tree）以树形数据结构表示代码逻辑，其中每一个节点代表一种表达式，例如二元运算、方法调用等。通过表达式树，开发者可以动态修改可执行代码、生成动态 SQL 查询语句，或者在 .NET 与动态语言之间建立互操作性。

在 C# 中，表达式树的核心在于它将代码逻辑视为“数据”。我们可以先创建一个简单的 Lambda 表达式：

[HttpGet]
public IActionResult Expression()
{
    // 定义一个查询条件：查找年龄大于 18 的用户
    Expression<Func<User, bool>> expression = x => x.Age > 18;
    return Ok();
}

对于上述的 x.Age > 18 表达式，系统内部将其转换为如下的树状结构：

如果在 Visual Studio 中使用“监视窗口”查看该变量的属性，可以观察到：根节点（NodeType）是 GreaterThan；左子节点（Left）代表访问属性操作（即 x.Age）；右子节点（Right）代表常量值 18。基于这些节点信息，我们可以清晰地还原出表达式树的层级关系。

这种树状结构使得底层框架能够解析代码语义，进而将表达式编译为具体的 SQL 查询语句或执行引擎能识别的逻辑。

Expression 与 Func 的本质区别

虽然两者都可用于定义委托，但在处理数据库查询时存在显著差异：

• Expression (表达式树)：存储的是运算逻辑的抽象语法树（AST）。它保留了完整的数学和逻辑结构，支持在运行时被遍历、分析和转换。
• Func (普通委托)：仅存储一段可在当前环境执行的机器码或 IL 指令。它不保存语法树结构，无法被外部工具解析。

因此，在使用 Entity Framework Core 进行数据库查询时，必须选择 Expression 而非 Func：

// 【正确写法】使用 Expression
// EF Core 会解析树结构，将其转换为 SQL：SELECT * FROM User WHERE Age > 18
Expression<Func<User, bool>> expression1 = x => x.Age > 18;
var result1 = dbContext.Users.Where(expression1).ToList();

// 【错误写法】使用 Func
// EF Core 无法将其转换为 SQL，会执行 SELECT * FROM User，将所有数据拉取到内存后，再由 Linq to Objects 过滤
Func<User, bool> func1 = x => x.Age > 18;
var result2 = dbContext.Users.Where(func1).ToList();

简而言之，使用 Func 会导致全表扫描并在内存中进行过滤，这会严重降低性能并增加网络开销。而使用 Expression 可以将过滤逻辑推送到数据库层执行。

手动通过代码创建表达式树

除了使用 Lambda 表达式语法，我们还可以利用 System.Linq.Expressions 命名空间下的工厂方法来逐行构建表达式树。常见的类包括：

• ParameterExpression：参数变量（如 lambda 中的 x）。
• ConstantExpression：常量值（如 18）。
• MemberExpression：成员访问（如 x.Age）。
• BinaryExpression：二元运算（如 > 比较）。
• LambdaExpression：组合整个表达式的根节点。

由于这些类的构造函数通常是内部公开的，我们不能直接 new 它们，必须调用 Expression.Parameter, Expression.Constant, Expression.MakeMemberAccess, Expression.GreaterThanOrEqual 以及 Expression.Lambda 等静态方法。

第1步：创建参数节点

首先创建表达式的输入参数，指定类型和名称。

// 对应 Lambda 表达式中的 'u' 变量
ParameterExpression parameterExpression = Expression.Parameter(typeof(User), "u");

第2步：构建叶子节点（左、右子节点）

按照运算符的结合方向，先构建子表达式：

• 右节点：常量 18。
• 左节点：成员访问操作，获取 User 的 Age 属性。

// 右节点：值为 18 的常量
ConstantExpression right = Expression.Constant(18);

// 左节点：User.属性(Age)
MemberExpression left = Expression.MakeMemberAccess(parameterExpression, typeof(User).GetProperty("Age"));

第3步：组合成主体节点 (Body)

使用二元表达式类将左右节点连接起来，表示 “>=” 比较：

// 左 >= 右
BinaryExpression body = Expression.GreaterThanOrEqual(left, right);

第4步：组装最终 Lambda 表达式

将主体和参数放入 Lambda 节点中，完成整个表达式的构建：

Expression<Func<User, bool>> expression = Expression.Lambda<Func<User, bool>>(body, parameterExpression);

以上代码片段展示了如何在不写 Lambda 符号的情况下，从底层 API 一步步拼装出完全相同的表达式树结构。这在需要高度动态生成复杂查询条件的场景中非常有用。

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