表达式树练习实践:C#循环与循环控制

joe

C# 提供了以下几种循环类型。

循环类型	描述
while 循环	当给定条件为真时，重复语句或语句组。它会在执行循环主体之前测试条件。
for/foreach 循环	多次执行一个语句序列，简化管理循环变量的代码。
do...while 循环	除了它是在循环主体结尾测试条件外，其他与 while 语句类似。
嵌套循环	您可以在 while、for 或 do..while 循环内使用一个或多个循环。

当然，还有以下用于控制循环的语句

控制语句	描述
break 语句	终止 loop 或 switch 语句，程序流将继续执行紧接着 loop 或 switch 的下一条语句。
continue 语句	引起循环跳过主体的剩余部分，立即重新开始测试条件。

LabelTarget

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LabelTarget 是用于创建循环标记的。

无论是 for 还是 while ，平时编写循环时，都需要有跳出循环的判断，有时需要某个参数自增自减并且作为判断依据。

C# 表达式树里面是没有专门表示 for /while 的，里面只有一个 Loop。看一下Loop 生成的表达式树

.Lambda #Lambda1<System.Func`1[System.Int32]>() {

    .Block(System.Int32 $x) {

        $x = 0;

        .Loop  {

            .If ($x < 10) {

                $x++

            } .Else {

                .Break #Label1 { $x }

            }

        }

        .LabelTarget #Label1:

    }

}

要实现循环控制，有 break，contauine 两种 Expression：

public static GotoExpression Break(LabelTarget target, Type type);public static GotoExpression Break(LabelTarget target, Expression value);
public static GotoExpression Break(LabelTarget target);
public static GotoExpression Break(LabelTarget target, Expression value, Type type);
public static GotoExpression Continue(LabelTarget target, Type type);
public static GotoExpression Continue(LabelTarget target);

所以，要实现循环控制，必须要使用 LabelTarget，不然就无限循环了。

要理解 LabelTarget ，最好的方法是动手做。

for / while 循环

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Expression.Loop 用于创建循环，包括 for 和 while，定义如下

public static LoopExpression Loop(Expression body, LabelTarget @break, LabelTarget @continue);            
System.Linq.Expressions.LoopExpression.        public static LoopExpression Loop(Expression body);            
public static LoopExpression Loop(Expression body, LabelTarget @break);

表达式树里面的循环，只有 Loop，无 for / while 的区别。

那么，我们来一步步理解 Loop 循环和 LabelTarget；

无限循环

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while (true)                {                    Console.WriteLine("无限循环");                }

那么，对应的 Loop 重载是这种

public static LoopExpression Loop(Expression body)

使用表达式树编写

BlockExpression _block = Expression.Block(                new ParameterExpression[] { },                Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }),Expression.Constant("无限循环") )            );            
LoopExpression _loop = Expression.Loop(_block);            
Expression<Action> lambda = Expression.Lambda<Action>(_loop);            
lambda.Compile()();

最简单的循环

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如果我想用表达式树做到如下最简单的循环，怎么写？

while (true)            {                Console.WriteLine("我被执行一次就结束循环了");                break;            }

表达式树编写

LabelTarget _break = Expression.Label();            
BlockExpression _block = Expression.Block(               new ParameterExpression[] { },               Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("我被执行一次就结束循环了")), Expression.Break(_break));            LoopExpression _loop = Expression.Loop(_block, _break);           
Expression<Action> lambda = Expression.Lambda<Action>(_loop);            
lambda.Compile()();            
Console.ReadKey();

生成的表达式树

.Lambda #Lambda1<System.Action>() {    .Loop  {        .Block() {            .Call System.Console.WriteLine("我被执行一次就结束循环了");            .Break #Label1 { }        }    }    .LabelTarget #Label1:}

首先要明确，Expression.Label() 里面可以为空，它是一种标记，不参与传递参数，不参与运算。有参无参，前后保持一致即可。

但是上面的循环只有一次，你可以将上面的标签改成这样试试 LabelTarget _break = Expression.Label(typeof(int));，原因后面找。

还有， Expression.Label() 变量需要一致，否则无法跳出。

试试一下代码

BlockExpression _block = Expression.Block(               new ParameterExpression[] { },               Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("我被执行一次就结束循环了")), Expression.Break(Expression.Label()));            LoopExpression _loop = Expression.Loop(_block, Expression.Label());            Expression<Action> lambda = Expression.Lambda<Action>(_loop);            lambda.Compile()();            Console.ReadKey();

里面用到了 Expression.Block()，Block() 是块，即{}。

如果 Block() 是在最外层，那么相当于是函数；如果是内嵌，相当于{}；

但不是真的这样。。。表达式树里面不是完全按照 C# 的语法来还原操作的。

对于 Block() 的使用，多加实践即可。

多次循环

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写一个循环十次的循环语句

for (int i = 0; i < 10; i++)            {                if (i < 10)                {                    Console.WriteLine(i);                }                else                    break;            }

或者使用 while 表示

int i = 0;            while (true)            {                if (i < 10)                {                    Console.WriteLine(i);                }                else                    break;                i++;            }

使用表达式树编写

LabelTarget _break = Expression.Label(typeof(int));            ParameterExpression a = Expression.Variable(typeof(int), "a");            BlockExpression _block = Expression.Block(new ParameterExpression[] { },                Expression.IfThenElse                (                    Expression.LessThan(a, Expression.Constant(10)),                    Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(int) }), a),                    Expression.Break(_break, a)                ),                Expression.PostIncrementAssign(a)   // a++                );            LoopExpression _loop = Expression.Loop(_block, _break);            Expression<Action<int>> lambda = Expression.Lambda<Action<int>>(_loop, a);            lambda.Compile()(0);            Console.ReadKey();

生成的表达式树如下

.Lambda #Lambda1<System.Action`1[System.Int32]>(System.Int32 $a) {    .Loop  {        .Block() {            .If ($a < 10) {                .Call System.Console.WriteLine($a)            } .Else {                .Break #Label1 { $a }            };            $a++        }    }    .LabelTarget #Label1:}

试试将 Expression.Break(_break, a) 改成 Expression.Break(_break)。看看报什么错。。。

解决方法是，上面的标记也改成 LabelTarget _break = Expression.Label();。

就跟你写代码写注释一样，里面的东西是为了让别人看代码是容易理解。

有些同学纠结于 Expression.Label(有参或无参);，Expression.Break(_break, a) 与 Expression.Break(_break)，只要看看最终生成的表达式树就清楚了。

break 和 continue 一起

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C# 循环代码如下

int i = 0;            while (true)            {                if (i < 10)                {                    if (i % 2 == 0)                    {                        Console.Write("i是偶数:");                        Console.WriteLine(i);                        i++;                        continue;                    }                    Console.WriteLine("其他任务 --");                    Console.WriteLine("其他任务 --");                }                else break;                i++;            }

使用 C# 表达式树编写(笔者将步骤详细拆分了，所以代码比较长)

ParameterExpression a = Expression.Variable(typeof(int), "a");            LabelTarget _break = Expression.Label();            LabelTarget _continue = Expression.Label();            //        if (i % 2 == 0)            //        {            //            Console.Write("i是偶数:");            //            Console.WriteLine(i);            //            i++;            //            continue;            //        }            ConditionalExpression _if = Expression.IfThen(                Expression.Equal(Expression.Modulo(a, Expression.Constant(2)), Expression.Constant(0)),                Expression.Block(                    new ParameterExpression[] { },                    Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("Write", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("i是偶数:")),                    Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(int) }), a),                    Expression.PostIncrementAssign(a),                    Expression.Continue(_continue)                    )                );            //        if (i % 2 == 0)            //        {            //            Console.Write("i是偶数:");            //            Console.WriteLine(i);            //            i++;            //            continue;            //        }            //        Console.WriteLine("其他任务 --");            //        Console.WriteLine("其他任务 --");            BlockExpression block1 = Expression.Block(                new ParameterExpression[] { },                _if,                Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("其他任务 --")),                Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("其他任务 --"))                );            //    if (i < 10)            //    {            //        if (i % 2 == 0)            //        {            //            Console.Write("i是偶数:");            //            Console.WriteLine(i);            //            i++;            //            continue;            //        }            //        Console.WriteLine("其他任务 --");            //        Console.WriteLine("其他任务 --");            //    }            //    else break;            ConditionalExpression if_else = Expression.IfThenElse(               Expression.LessThan(a, Expression.Constant(10)),                block1,                Expression.Break(_break)                );            //    if (i < 10)            //    {            //        if (i % 2 == 0)            //        {            //            Console.Write("i是偶数:");            //            Console.WriteLine(i);            //            i++;            //            continue;            //        }            //        Console.WriteLine("其他任务 --");            //        Console.WriteLine("其他任务 --");            //    }            //    else break;            //    i++ ;            BlockExpression block2 = Expression.Block(                new ParameterExpression[] { },                if_else,                Expression.PostIncrementAssign(a)                );            // while(true)            LoopExpression loop = Expression.Loop(block2, _break, _continue);            Expression<Action<int>> lambda = Expression.Lambda<Action<int>>(loop, a);            lambda.Compile()(0);            Console.ReadKey();

生成的表达式树如下

.Lambda #Lambda1<System.Action`1[System.Int32]>(System.Int32 $a) {    .Loop .LabelTarget #Label1: {        .Block() {            .If ($a < 10) {                .Block() {                    .If (                        $a % 2 == 0                    ) {                        .Block() {                            .Call System.Console.Write("i是偶数:");                            .Call System.Console.WriteLine($a);                            $a++;                            .Continue #Label1 { }                        }                    } .Else {                        .Default(System.Void)                    };                    .Call System.Console.WriteLine("其他任务 --");                    .Call System.Console.WriteLine("其他任务 --")                }            } .Else {                .Break #Label2 { }            };            $a++        }    }    .LabelTarget #Label2:}

为了便于理解，上面的代码拆分了很多步。

来个简化版本

ParameterExpression a = Expression.Variable(typeof(int), "a");            LabelTarget _break = Expression.Label();            LabelTarget _continue = Expression.Label();            LoopExpression loop = Expression.Loop(                Expression.Block(                    new ParameterExpression[] { },                    Expression.IfThenElse(                        Expression.LessThan(a, Expression.Constant(10)),                        Expression.Block(                            new ParameterExpression[] { },                            Expression.IfThen(                                Expression.Equal(Expression.Modulo(a, Expression.Constant(2)), Expression.Constant(0)),                                Expression.Block(                                    new ParameterExpression[] { },                                    Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("Write", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("i是偶数:")),                                    Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(int) }), a),                                    Expression.PostIncrementAssign(a),                                    Expression.Continue(_continue)                                    )                                ),                            Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("其他任务 --")),                            Expression.Call(null, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }), Expression.Constant("其他任务 --"))                            ),                        Expression.Break(_break)                        ),                    Expression.PostIncrementAssign(a)                    ),                _break,                _continue                );            Expression<Action<int>> lambda = Expression.Lambda<Action<int>>(loop, a);            lambda.Compile()(0);            Console.ReadKey();

需要注意的是，Expression.Break Expression.Continue 有所区别。

当标签实例化都是 Expression.Label() 时，

Expression.Break(label);Expression.Continu(label);

区别在于 continu 只能用 Expression.Label()。

Break 可以这样

LabelTarget label = Expression.Label ( typeof ( int ) );ParameterExpression a = Expression.Variable(typeof(int), "a");
Expression.Break ( label , a )
                                    

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