动态方法、表达式树和DLR

Question

我有一些关于DynamicMethods、Expression Trees和DLR之间的交互和关系的问题。

1. 我知道LambdaExpression.Compile在内部使用ILGenerator来创建委托。然而，编译后的LambdaExpression和DynamicMethod之间存在一些根本性的区别。例如：

   a. DynamicMethods调用速度更快

   b. 编译后的LambdaExpressions可以嵌入闭包（非基元值的ConstantExpressions）

   c. 编译后的LambdaExpressions没有DeclaringType。

   问题：

   a. 为什么DynamicMethods调用速度比编译后的LambdaExpressions更快？

   b. 编译后的LambdaExpressions有什么特殊之处，使其能够使用闭包？当我使用非ConstantExpression时，表达式树实际上是否生成了一个闭包类？如果是这样，生成的类放在哪里？

   c. 编译后的LambdaExpressions在运行时放在哪里？它们的支持是在哪里实现的？它不能仅仅是Reflection.Emit，对吗？

2. 我知道动态关键字实际上只是一个编译器技巧，用于发出CSharp CallSites、Binders等。据我所知，在内部，它们生成Expression Trees，并使用裁剪版的C#编译器。

   问题：

   a. 生成的表达式树是一般CallSiteBinders的函数，还是Microsoft.CSharp dll中特定实现和用法的函数？

   b. 这些表达式树由DynamicExpression节点组成吗？还是其他什么东西？如果是其他东西，为什么？

   c. 裁剪版的C#编译器在哪里以及为什么起作用？它与常规调用LambdaExpression.Compile、DynamicMethods或任何类型的IL生成有什么不同？我可以理解CallSiteBinders如何用于构建Expression Trees，但为什么在转换发生后需要C#编译器？一旦它变成Expression Tree（只是一个API），C#与此有什么关系？

- Jeff

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你为什么认为DynamicMethod更快？你的这个说法基于什么依据？ - svick

另外，我认为你所提出的这两个问题并不是真正相关的。你应该将它们作为两个独立的问题来提出。 - svick

我个人的经验表明它们更快，而且正如在这里引用的https://dev59.com/GXM_5IYBdhLWcg3wn0vT（尽管标题表明相反），以及这里https://dev59.com/imTVa4cB1Zd3GeqP_QsY。然而，差异非常微小，我一直认为这只是发出的IL存在轻微差异所致。 - Jeff

我将它们作为一个问题提出，因为我想了解DLR与表达式树的编译和调用之间是否存在关系。原始的DLR（它是一个单独的dll）实际上只是表达式树的外部实现（包括Expression.Dynamic支持），与.NET 2.0兼容... - Jeff

我的意思是有些人（比如我）可能只知道你的一些问题的答案。如果你对问题1有一个很好的答案，对问题2有一个好的答案，对两个问题都有一个还可以的答案，那么SO模型就会崩溃。那么你该如何决定接受或点赞哪一个呢？ - svick

Answer 1

我对 dynamic 不是很了解，因此我只会回答你问题的第一部分。

“为什么DynamicMethods比编译后的LambdaExpressions更快？”如果真的是这样的话，我会非常惊讶，因为Expression.Compile() 内部使用了DynamicMethod。

“编译后的LambdaExpressions有什么特别之处，可以支持闭包吗？当我使用非ConstantExpression时，Expression Tree是否真正生成了闭包类？如果是这样，生成的类放在哪里？”这很容易验证。只需要查看从表达式树编译生成的委托的Target和Method。您会注意到Target（和Method的第一个参数）是System.Runtime.CompilerServices.Closure。这是一个包含字段object[] Constants的类，用于存储来自ConstantExpression 的非原始值。

“编译后的LambdaExpressions在运行时放置在哪里？它们的支持是如何实现的？它不能仅仅是Reflection.Emit，是吗？”就像我之前说的那样，Expression.Compile() 内部使用了DynamicMethod。所以，是的，它就是Reflection.Emit。

- svick

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我现在看到了有关编译的 lambda 中闭包类的部分。这回答了我很多问题。谢谢。它也解释了为什么 JIT 优化对于常规 dynamicmethod 和由表达式树创建的方法可能会有非常不同的表现（因为它绑定到 Closure 类的实例）。 - Jeff

我反汇编了Closure类和更多的表达式树API，现在我明白了（所有第1点）。我想，弄清楚我的DLR问题最简单的方法是进行更多的反汇编。谢谢。我错过了关于闭包类如何跟踪常量的关键部分。 - Jeff

Answer 2

好的，我不能回答你所有的问题，但我可以回答其中一些，我认为这可能会回答你的大部分问题。至少它会给你足够的信息来继续研究。

动态方法比编译后的Lambda表达式更快的原因是什么？

我不认为它们更快，也许你测量有误，这可能是JIT编译的差异。

编译后的Lambda表达式有什么特殊之处，可以允许闭包吗？当我使用非ConstantExpression时，表达式树是否实际生成了一个闭包类？如果是这样，那么生成的类在哪里？

对于这个问题，我不确定。我假设Expression.Constant可以包含引用类型，那么这就不是问题，但如果它确实只能包含值类型，那么我猜编译器会生成一个表达式，在其中捕获闭包的变量只是作为参数传递。

编译后的Lambda表达式在运行时放在哪里？支持它们的实现在哪里实现？它不能只是Reflection.Emit吧？

System.Linq.Expressions实际上只是Reflection.Emit上面更友好的API，因此它们默认情况下与Reflection.Emit一样存储在内存中（尽管使用Reflection.Emit可以保存发出的代码）。

生成的表达式树是CallSiteBinders的函数，还是Microsoft.CSharp dll中它们的特定实现和用法？

我只做了一点System.Dynamic的工作，所以我无法回答这个问题，但我的理解是CallSiteBinder只是缓存和调用表达式，但将实际生成的内容传递给其他东西（即DynamicObject）。但是，你可能比我更了解这里。

这些表达式树由DynamicExpression节点组成吗？还是其他什么东西？如果是其他的，为什么？

不，动态仍然受到.NET中其他所有规则的约束。动态只是表示“在运行时，当我执行x时，去尝试构建我通常会编写的代码并为我执行它。”像DynamicObject这样的东西只会构建一个普通的表达式树，动态对象只是提供一些元数据，以便您可以实际构建该树（例如返回类型、访问类型、名称等）。

精简版的C#编译器在哪里发挥作用？为什么和LambdaExpression.Compile或DynamicMethods或任何类型的IL生成的常规调用不同？我可以理解CallSiteBinders如何用于构建表达式树，但为什么转换发生后需要C#编译器？一旦它变成表达式树（只是一个API），C#与其有什么关系？

我不确定您所说的精简编译器或运行时实际上对生成的IL代码进行了什么处理（我认为这就是您想要的），因此我不认为我能回答这个问题。

然而，就像我之前说的那样： System.Linq.Expression 只是 Reflection.Emit 上友好的 API。表达式树只是它需要的信息，以便前往 Reflection.Emit 生成动态方法并将其返回给您。

- Darren Kopp

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编译器参考资料的简化版本是基于 Eric Lippert 的评论。我在问题中应该注明，抱歉。 - Jeff