Объединение двух лямбда-выражений в С#

Для такой структуры класса, как это:

public class GrandParent
{
    public Parent Parent { get; set;}
}
public class Parent
{
    public Child Child { get; set;}
}

public class Child
{
    public string Name { get; set;}
}

и следующая подпись метода:

Expression<Func<TOuter, TInner>> Combine (Expression<Func<TOuter, TMiddle>>> first, Expression<Func<TMiddle, TInner>> second);

Как я могу реализовать указанный метод, чтобы я мог его вызвать следующим образом:

Expression<Func<GrandParent, Parent>>> myFirst = gp => gp.Parent;
Expression<Func<Parent, string>> mySecond = p => p.Child.Name;

Expression<Func<GrandParent, string>> output = Combine(myFirst, mySecond);

так что вывод заканчивается как:

gp => gp.Parent.Child.Name

Возможно ли это?

Содержимое каждого Func будет только MemberAccess. Я бы предпочел, чтобы output был вложенным вызовом функции.

Спасибо

ОТВЕТЫ

Ответ 1

OK; довольно длинный фрагмент, но здесь стартер для выражения-переписывания; он не обрабатывает несколько случаев (я исправлю это позже), но он работает для приведенного примера и лота других:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Linq.Expressions;
using System.Text.RegularExpressions;

public class GrandParent
{
    public Parent Parent { get; set; }
}
public class Parent
{
    public Child Child { get; set; }
    public string Method(string s) { return s + "abc"; }
}

public class Child
{
    public string Name { get; set; }
}
public static class ExpressionUtils
{
    public static Expression<Func<T1, T3>> Combine<T1, T2, T3>(
        this Expression<Func<T1, T2>> outer, Expression<Func<T2, T3>> inner, bool inline)
    {
        var invoke = Expression.Invoke(inner, outer.Body);
        Expression body = inline ? new ExpressionRewriter().AutoInline(invoke) : invoke;
        return Expression.Lambda<Func<T1, T3>>(body, outer.Parameters);
    }
}
public class ExpressionRewriter
{
    internal Expression AutoInline(InvocationExpression expression)
    {
        isLocked = true;
        if(expression == null) throw new ArgumentNullException("expression");
        LambdaExpression lambda = (LambdaExpression)expression.Expression;
        ExpressionRewriter childScope = new ExpressionRewriter(this);
        var lambdaParams = lambda.Parameters;
        var invokeArgs = expression.Arguments;
        if (lambdaParams.Count != invokeArgs.Count) throw new InvalidOperationException("Lambda/invoke mismatch");
        for(int i = 0 ; i < lambdaParams.Count; i++) {
            childScope.Subst(lambdaParams[i], invokeArgs[i]);
        }
        return childScope.Apply(lambda.Body);
    }
    public ExpressionRewriter()
    {
         subst = new Dictionary<Expression, Expression>();
    }
    private ExpressionRewriter(ExpressionRewriter parent)
    {
        if (parent == null) throw new ArgumentNullException("parent");
        subst = new Dictionary<Expression, Expression>(parent.subst);
        inline = parent.inline;
    }
    private bool isLocked, inline;
    private readonly Dictionary<Expression, Expression> subst;
    private void CheckLocked() {
        if(isLocked) throw new InvalidOperationException(
            "You cannot alter the rewriter after Apply has been called");

    }
    public ExpressionRewriter Subst(Expression from,
        Expression to)
    {
        CheckLocked();
        subst.Add(from, to);
        return this;
    }
    public ExpressionRewriter Inline() {
        CheckLocked();
        inline = true;
        return this;
    }
    public Expression Apply(Expression expression)
    {
        isLocked = true;
        return Walk(expression) ?? expression;
    }

    private static IEnumerable<Expression> CoalesceTerms(
        IEnumerable<Expression> sourceWithNulls, IEnumerable<Expression> replacements)
    {
        if(sourceWithNulls != null && replacements != null) {
            using(var left = sourceWithNulls.GetEnumerator())
            using (var right = replacements.GetEnumerator())
            {
                while (left.MoveNext() && right.MoveNext())
                {
                    yield return left.Current ?? right.Current;
                }
            }
        }
    }
    private Expression[] Walk(IEnumerable<Expression> expressions) {
        if(expressions == null) return null;
        return expressions.Select(expr => Walk(expr)).ToArray();
    }
    private static bool HasValue(Expression[] expressions)
    {
        return expressions != null && expressions.Any(expr => expr != null);
    }
    // returns null if no need to rewrite that branch, otherwise
    // returns a re-written branch
    private Expression Walk(Expression expression)
    {
        if (expression == null) return null;
        Expression tmp;
        if (subst.TryGetValue(expression, out tmp)) return tmp;
        switch(expression.NodeType) {
            case ExpressionType.Constant:
            case ExpressionType.Parameter:
                {
                    return expression; // never a need to rewrite if not already matched
                }
            case ExpressionType.MemberAccess:
                {
                    MemberExpression me = (MemberExpression)expression;
                    Expression target = Walk(me.Expression);
                    return target == null ? null : Expression.MakeMemberAccess(target, me.Member);
                }
            case ExpressionType.Add:
            case ExpressionType.Divide:
            case ExpressionType.Multiply:
            case ExpressionType.Subtract:
            case ExpressionType.AddChecked:
            case ExpressionType.MultiplyChecked:
            case ExpressionType.SubtractChecked:
            case ExpressionType.And:
            case ExpressionType.Or:
            case ExpressionType.ExclusiveOr:
            case ExpressionType.Equal:
            case ExpressionType.NotEqual:
            case ExpressionType.AndAlso:
            case ExpressionType.OrElse:
            case ExpressionType.Power:
            case ExpressionType.Modulo:
            case ExpressionType.GreaterThan:
            case ExpressionType.GreaterThanOrEqual:
            case ExpressionType.LessThan:
            case ExpressionType.LessThanOrEqual:
            case ExpressionType.LeftShift:
            case ExpressionType.RightShift:
            case ExpressionType.Coalesce:
            case ExpressionType.ArrayIndex:
                {
                    BinaryExpression binExp = (BinaryExpression)expression;
                    Expression left = Walk(binExp.Left), right = Walk(binExp.Right);
                    return (left == null && right == null) ? null : Expression.MakeBinary(
                        binExp.NodeType, left ?? binExp.Left, right ?? binExp.Right, binExp.IsLiftedToNull,
                        binExp.Method, binExp.Conversion);
                }
            case ExpressionType.Not:
            case ExpressionType.UnaryPlus:
            case ExpressionType.Negate:
            case ExpressionType.NegateChecked:
            case ExpressionType.Convert: 
            case ExpressionType.ConvertChecked:
            case ExpressionType.TypeAs:
            case ExpressionType.ArrayLength:
                {
                    UnaryExpression unExp = (UnaryExpression)expression;
                    Expression operand = Walk(unExp.Operand);
                    return operand == null ? null : Expression.MakeUnary(unExp.NodeType, operand,
                        unExp.Type, unExp.Method);
                }
            case ExpressionType.Conditional:
                {
                    ConditionalExpression ce = (ConditionalExpression)expression;
                    Expression test = Walk(ce.Test), ifTrue = Walk(ce.IfTrue), ifFalse = Walk(ce.IfFalse);
                    if (test == null && ifTrue == null && ifFalse == null) return null;
                    return Expression.Condition(test ?? ce.Test, ifTrue ?? ce.IfTrue, ifFalse ?? ce.IfFalse);
                }
            case ExpressionType.Call:
                {
                    MethodCallExpression mce = (MethodCallExpression)expression;
                    Expression instance = Walk(mce.Object);
                    Expression[] args = Walk(mce.Arguments);
                    if (instance == null && !HasValue(args)) return null;
                    return Expression.Call(instance, mce.Method, CoalesceTerms(args, mce.Arguments));
                }
            case ExpressionType.TypeIs:
                {
                    TypeBinaryExpression tbe = (TypeBinaryExpression)expression;
                    tmp = Walk(tbe.Expression);
                    return tmp == null ? null : Expression.TypeIs(tmp, tbe.TypeOperand);
                }
            case ExpressionType.New:
                {
                    NewExpression ne = (NewExpression)expression;
                    Expression[] args = Walk(ne.Arguments);
                    if (HasValue(args)) return null;
                    return ne.Members == null ? Expression.New(ne.Constructor, CoalesceTerms(args, ne.Arguments))
                        : Expression.New(ne.Constructor, CoalesceTerms(args, ne.Arguments), ne.Members);
                }
            case ExpressionType.ListInit:
                {
                    ListInitExpression lie = (ListInitExpression)expression;
                    NewExpression ctor = (NewExpression)Walk(lie.NewExpression);
                    var inits = lie.Initializers.Select(init => new
                    {
                        Original = init,
                        NewArgs = Walk(init.Arguments)
                    }).ToArray();
                    if (ctor == null && !inits.Any(init => HasValue(init.NewArgs))) return null;
                    ElementInit[] initArr = inits.Select(init => Expression.ElementInit(
                            init.Original.AddMethod, CoalesceTerms(init.NewArgs, init.Original.Arguments))).ToArray();
                    return Expression.ListInit(ctor ?? lie.NewExpression, initArr);

                }
            case ExpressionType.NewArrayBounds:
            case ExpressionType.NewArrayInit:
                /* not quite right... leave as not-implemented for now
                {
                    NewArrayExpression nae = (NewArrayExpression)expression;
                    Expression[] expr = Walk(nae.Expressions);
                    if (!HasValue(expr)) return null;
                    return expression.NodeType == ExpressionType.NewArrayBounds
                        ? Expression.NewArrayBounds(nae.Type, CoalesceTerms(expr, nae.Expressions))
                        : Expression.NewArrayInit(nae.Type, CoalesceTerms(expr, nae.Expressions));
                }*/
            case ExpressionType.Invoke:
            case ExpressionType.Lambda:
            case ExpressionType.MemberInit:
            case ExpressionType.Quote:
                throw new NotImplementedException("Not implemented: " + expression.NodeType);
            default:
                throw new NotSupportedException("Not supported: " + expression.NodeType);
        }

    }
}
static class Program
{
    static void Main()
    {
        Expression<Func<GrandParent, Parent>> myFirst = gp => gp.Parent;
        Expression<Func<Parent, string>> mySecond = p => p.Child.Name;

        Expression<Func<GrandParent, string>> outputWithInline = myFirst.Combine(mySecond, false);
        Expression<Func<GrandParent, string>> outputWithoutInline = myFirst.Combine(mySecond, true);

        Expression<Func<GrandParent, string>> call =
                ExpressionUtils.Combine<GrandParent, Parent, string>(
                gp => gp.Parent, p => p.Method(p.Child.Name), true);

        unchecked
        {
            Expression<Func<double, double>> mathUnchecked =
                ExpressionUtils.Combine<double, double, double>(x => (x * x) + x, x => x - (x / x), true);
        }
        checked
        {
            Expression<Func<double, double>> mathChecked =
                ExpressionUtils.Combine<double, double, double>(x => x - (x * x) , x => (x / x) + x, true);
        }
        Expression<Func<int,int>> bitwise =
            ExpressionUtils.Combine<int, int, int>(x => (x & 0x01) | 0x03, x => x ^ 0xFF, true);
        Expression<Func<int, bool>> logical =
            ExpressionUtils.Combine<int, bool, bool>(x => x == 123, x => x != false, true);
        Expression<Func<int[][], int>> arrayAccess =
            ExpressionUtils.Combine<int[][], int[], int>(x => x[0], x => x[0], true);
        Expression<Func<string, bool>> isTest =
            ExpressionUtils.Combine<string,object,bool>(s=>s, s=> s is Regex, true);

        Expression<Func<List<int>>> f = () => new List<int>(new int[] { 1, 1, 1 }.Length);
        Expression<Func<string, Regex>> asTest =
            ExpressionUtils.Combine<string, object, Regex>(s => s, s => s as Regex, true);
        var initTest = ExpressionUtils.Combine<int, int[], List<int>>(i => new[] {i,i,i}, 
                    arr => new List<int>(arr.Length), true);
        var anonAndListTest = ExpressionUtils.Combine<int, int, List<int>>(
                i => new { age = i }.age, i => new List<int> {i, i}, true);
        /*
        var arrBoundsInit = ExpressionUtils.Combine<int, int[], int[]>(
            i => new int[i], arr => new int[arr[0]] , true);
        var arrInit = ExpressionUtils.Combine<int, int, int[]>(
            i => i, i => new int[1] { i }, true);*/
    }
}

Ответ 2

Я предполагаю, что ваша цель - получить дерево выражений, которое вы бы получили, если бы вы на самом деле скомпилировали "комбинированную" лямбду. Гораздо проще построить новое дерево выражений, которое просто вызывает соответствующие деревья выражений соответствующим образом, но я предполагаю, что не то, что вы хотите.

  • извлеките тело сначала, отбросьте его в MemberExpression. Вызовите this firstBody.
  • извлеките тело второго, вызовите это secondBody
  • извлечь параметр first. Назовите этот firstParam.
  • извлеките параметр секунды. Вызовите этот второйParam.
  • Теперь, трудная часть. Напишите образец шаблона посетителя, который ищет через secondBody, который ищет единственное использование secondParam. (Это будет намного проще, если вы знаете, что это только выражения доступа к члену, но вы можете решить проблему в целом.) Когда вы ее найдете, создайте новое выражение того же типа, что и его родительский, заменив в firstBody для параметра. Продолжайте восстанавливать преобразованное дерево на обратном пути; помните, что все, что вам нужно перестроить, - это "позвоночник" дерева, содержащий ссылку на параметр.
  • результатом прохождения посетителя будет перезаписываемый второй элемент, не имеющий вхождения secondParam, только вхождения выражений с участием firstParam.
  • создайте новое лямбда-выражение с этим телом как его тело, а firstParam - как его параметр.
  • и все готово!

Блог Мэтта Уоррена может быть хорошим для вас. Он разработал и реализовал все это и написал много о том, как эффективно переписывать деревья выражений. (Я только сделал конец компилятора.)

UPDATE:

Как этот связанный ответ указывает на, в .NET 4 теперь есть базовый класс для переписывающих выражений, который делает эту вещь намного проще.

Ответ 3

Я не уверен, что вы подразумеваете под этим не вызов вложенной функции, но это будет делать трюк - с примером:

using System;
using System.IO;
using System.Linq.Expressions;

class Test    
{    
    static Expression<Func<TOuter, TInner>> Combine<TOuter, TMiddle, TInner>
        (Expression<Func<TOuter, TMiddle>> first, 
         Expression<Func<TMiddle, TInner>> second)
    {
        var parameter = Expression.Parameter(typeof(TOuter), "x");
        var firstInvoke = Expression.Invoke(first, new[] { parameter });
        var secondInvoke = Expression.Invoke(second, new[] { firstInvoke} );

        return Expression.Lambda<Func<TOuter, TInner>>(secondInvoke, parameter);
    }

    static void Main()
    {
        Expression<Func<int, string>> first = x => (x + 1).ToString();
        Expression<Func<string, StringReader>> second = y => new StringReader(y);

        Expression<Func<int, StringReader>> output = Combine(first, second);
        Func<int, StringReader> compiled = output.Compile();
        var reader = compiled(10);
        Console.WriteLine(reader.ReadToEnd());
    }
}

Я не знаю, насколько эффективный сгенерированный код будет сравниваться с одним лямбда-выражением, но я подозреваю, что это будет не так уж плохо.

Ответ 4

Для полного решения см. LINQKit:

Expression<Func<GrandParent, string>> output = gp => mySecond.Invoke(myFirst.Invoke(gp));
output = output.Expand().Expand();

output.ToString() выводит

gp => gp.Parent.Child.Name

тогда как решение Джона Скита дает

x => Invoke(p => p.Child.Name,Invoke(gp => gp.Parent,x))

Я предполагаю, что вы называете "вызовы вложенных функций".

Ответ 5

Попробуйте следующее:

public static Expression<Func<TOuter, TInner>> Combine<TOuter, TMiddle, TInner>(
    Expression<Func<TOuter, TMiddle>> first, 
    Expression<Func<TMiddle, TInner>> second)
{
    return x => second.Compile()(first.Compile()(x));
}

и использование:

Expression<Func<GrandParent, Parent>> myFirst = gp => gp.Parent;
Expression<Func<Parent, string>> mySecond = p => p.Child.Name;
Expression<Func<GrandParent, string>> output = Combine(myFirst, mySecond);
var grandParent = new GrandParent 
{ 
    Parent = new Parent 
    { 
        Child = new Child 
        { 
            Name = "child name" 
        } 
    } 
};
var childName = output.Compile()(grandParent);
Console.WriteLine(childName); // prints "child name"

Ответ 6

С помощью инструментария Layer Over LINQ существует метод расширения, который делает именно это, объединяет два выражения для создания нового, подходящего для использования в LINQ to Entities.

Expression<Func<GrandParent, Parent>>> myFirst = gp => gp.Parent;
Expression<Func<Parent, string>> mySecond = p => p.Child.Name;

Expression<Func<GrandParent, string>> output = myFirst.Chain(mySecond);

Ответ 7

    public static Expression<Func<T, TResult>> And<T, TResult>(this Expression<Func<T, TResult>> expr1, Expression<Func<T, TResult>> expr2)
    {
        var invokedExpr = Expression.Invoke(expr2, expr1.Parameters.Cast<Expression>());
        return Expression.Lambda<Func<T, TResult>>(Expression.AndAlso(expr1.Body, invokedExpr), expr1.Parameters);
    }

    public static Expression<Func<T, bool>> Or<T>(this Expression<Func<T, bool>> expr1, Expression<Func<T, bool>> expr2)
    {
        var invokedExpr = Expression.Invoke(expr2, expr1.Parameters.Cast<Expression>());
        return Expression.Lambda<Func<T, bool>>(Expression.OrElse(expr1.Body, invokedExpr), expr1.Parameters);
    }

Ответ 8

После полуторадневного рытья появилось следующее решение (гораздо проще, чем принятый ответ):

Для общей лямбдной композиции:

    public static Expression<Func<X, Z>> Compose<X, Y, Z>(Expression<Func<Y, Z>> f, Expression<Func<X, Y>> g)
    {
        return Expression.Lambda<Func<X, Z>>(Expression.Invoke(f, Expression.Invoke(g, g.Parameters[0])), g.Parameters);
    }

Это объединяет два выражения в одном, то есть применяет первое выражение к результату второго.

Итак, если мы имеем f (y) и g (x), объединяем (f, g) (x) === f (g (x))

Транзитив и ассоциативность, поэтому комбинатор может быть цепным

В частности, для доступа к свойствам (необходимо для MVC/EF):

    public static Expression<Func<X, Z>> Property<X, Y, Z>(Expression<Func<X, Y>> fObj, Expression<Func<Y, Z>> fProp)
    {
        return Expression.Lambda<Func<X, Z>>(Expression.Property(fObj.Body, (fProp.Body as MemberExpression).Member as PropertyInfo), fObj.Parameters);
    }

Примечание. fProp должно быть простым выражением доступа к функциям, таким как x => x.Prop.

fObj может быть любым выражением (но должно быть MVC-совместимым)