.NET Framework 4.0 Beta 1里的Expression Tree一例

既然装上了Visual Studio 2010 Beta 1，正好可以试试.NET Framework 4.0里的一些新东西。我比较关注的是Expression Tree的部分，到底哪些功能进到了.NET 4，哪些还得到CodePlex的DLR站上去找呢？试用一下找找感觉。

我暂时没试这个beta里的C#对dynamic的支持，是因为暂时还没想到啥有趣的场景能写点简单的代码来玩的。对.NET类型故意使用dynamic的玩法在之前CTP的时候就玩过了，不过瘾了。回头针对.NET 4来编译一个IronPython来看看，到时就能好好把玩一番dynamic了。

回到Expression Tree。在.NET Framework 4.0里它叫Expression Tree v2，简称ETv2。它兼容于.NET Framework 3.5里LINQ的Expression Tree，但实际上是从DLR的DLR tree发展而来的。时至今日DLR的代码仍在快速变化中，而ETv2作为LINQ与DLR的公共部分要放到标准库里，等不到DLR稳定下来。折中的解决方案就是在标准库里的版本砍掉一些DLR里还没定下来的东西和低优先级的东西。像是LoopExpression进入了标准库，但特化版本的ForEach、While等就只有CodePlex上的版本才有。
.NET Framework 4.0中，ETv2位于System.Core.dll程序集中，在System.Linq.Expressions命名空间下。CodePlex的DLR的ETv2则位于Microsoft.Scripting.Core.dll程序集中，Microsoft.Linq.Expressions命名空间下。CodePlex的DLR之所以要用不同的命名空间是为了避免与标准库冲突，但这样一来由编译器生成的ET就与CodePlex的DLR中的ET不兼容了。所以我才那么期待.NET 4.0赶紧出……为了能用上标准库里的ETv2。

昨天装好VS2010 Beta后写的代码如下。

就是先做了个简单的in-memory LINQ查询，然后用ETv2来构造出一个遍历并输出查询结果的函数，并调用之。

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

namespace ConsoleApplication1 {
    static class Program {
        static void Main(string[] args) {
            var list = from i in Enumerable.Range(0, 100)
                       where i % 9 == 0
                       orderby i descending
                       select i;
            var vIter    = Expression.Variable(typeof(IEnumerator<int>), "iter");
            var vI       = Expression.Variable(typeof(int), "i");
            var lBreak   = Expression.Label();
            var eForeach = Expression.Lambda<Action>(
                Expression.Block(
                    new[] { vIter, vI },       // IEnumerator<int> iter; int i;
                    Expression.Assign(         // iter = list.GetEnumerator();
                        vIter,
                        Expression.Call(
                            Expression.Constant(list),
                            typeof(IEnumerable<int>).GetMethod("GetEnumerator"))),
                    Expression.Loop(           // while (true)
                        Expression.IfThenElse(     // if
                            Expression.Call(           // (iter.MoveNext())
                                vIter,
                                typeof(IEnumerator).GetMethod("MoveNext")),
                            Expression.Block(          // {
                                Expression.Assign(         // i = iter.Current;
                                    vI,
                                    Expression.Property(vIter, "Current")),
                                Expression.Call(           // Console.WriteLine(i);
                                    typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new[] { typeof(int) }),
                                    new[] { vI })),
                            Expression.Break(lBreak)), // } else break; }
                        lBreak)),
                new ParameterExpression[0]);
            eForeach.Compile()();
        }
    }
}

用ETv2构造出来的函数基本等价于一个含有普通foreach循环的lambda：

() => {
    foreach (var i in list) {
        Console.WriteLine(i);
    }
}

注意到foreach循环可以被展开为while循环：

() => {
    var iter = list.GetEnumerator();
    while (iter.MoveNext()) {
        var i = iter.Current;
        Console.WriteLine(i);
    }
}

我用ETv2实现的lambda实际上是这样的：

() => {
    var iter = list.GetEnumerator();
    int i;
    while (true)
        if (iter.MoveNext()) {
            i = iter.Current;
            Console.WriteLine(i);
        } else
            break;
}

后来想了想，我应该把vI放在if里的block来声明的，会更符合foreach的语义。不过懒得开虚拟机去改了……
写成while (true)是因为ETv2里的LoopExpression就是代表一个无限循环，外加用户可自定义的条件分支及跳转目标（BreakTarget和ContinueTarget）。在C-like语言里，基本循环结构可以分为条件前置的while/for和条件后置的do...while两种。但总有些时候我们希望既不是在开头也不是在结尾，而是在循环体的中间来判断循环条件；在C-like语言里我们就只好用无限循环+条件语句来模拟这种半中腰的循环结构。ETv2为了提供最大的弹性，提供的基本循环结构就是这种代表无限循环的LoopExpression。但这样的基本结构用起来总让人嫌麻烦，还好CodePlex上的DLR里有特化版本的循环结构，只是没赶上.NET 4这趟车而已。