我该如何组合 Linq 表达式？例如 Func<Exp<Func<X, Y>>, Exp<Func<Y, Z>>, Exp<Func<X, Z>>>。

Question

我正在创建一个名为Validator<T>的类。我试图实现Linq SelectMany扩展方法，以便我的验证器能够使用Linq查询组合表达式，并在基础值更改时验证最终结果。

以下测试代码展示了我的意图。

var a = 2;
var b = 3;

var va = Validator.Create(() => a, n => n >= 0 && n < 5);
var vb = Validator.Create(() => b, n => n >= 0 && n < 5);

var vc = from ia in va
         from ib in vb
         select ia + ib;

Debug.Assert(vc.Value == a + b); //2 + 3
Debug.Assert(vc.Value == 5);

Debug.Assert(vc.IsValid == true);

a = 7;

Debug.Assert(vc.Value == a + b); //7 + 3
Debug.Assert(vc.Value == 10);

Debug.Assert(va.IsValid == false);
Debug.Assert(vb.IsValid == true);
Debug.Assert(vc.IsValid == false);

我看到了以下问题：如何组合现有的Linq表达式，它向我展示了如何使用And表达式将两个Func<T, bool>组合在一起，但我需要以更加函数化的方式将函数组合在一起。

例如，我有以下两个表达式：

public Expression<Func<T>> ValueExpression { get; private set; }
public Expression<Func<T, bool>> ValidationExpression { get; private set; }

我希望创建一个类似于这样的新表达式：

    public Expression<Func<bool>> IsValidExpression
    {
        get
        {
            // TODO: Compose expressions rather than compile & invoke.
        }
    }

更简洁地说，我正在尝试创建以下功能：

// Specific case
Func<Expression<Func<T>>, Expression<Func<T, bool>>, Expression<Func<bool>>>
// General case
Func<Expression<Func<X, Y>>, Expression<Func<Y, Z>>, Expression<Func<X, Z>>>

通用情况下，函数可以被修改以接受所需的不同数量的通用参数，以组成任何函数。

我已经在Stack Overflow（当然）和网络上搜索过，但没有找到解决这个问题的示例。

Validator<T>类的代码如下。

public class Validator<T>
{
    public Validator(Expression<Func<T>> valueFunc,
        Expression<Func<T, bool>> validationFunc)
    {
        this.ValueExpression = valueFunc;
        this.ValidationExpression = validationFunc;
    }

    public Expression<Func<T>> ValueExpression { get; private set; }
    public Expression<Func<T, bool>> ValidationExpression { get; private set; }

    public T Value { get { return this.ValueExpression.Compile().Invoke(); } }

    public bool IsValid { get { return this.IsValidExpression.Compile().Invoke(); } }

    public Expression<Func<bool>> IsValidExpression
    {
        get
        {
            // TODO: Compose expressions.
        }
    }
}

我的SelectMany扩展包含大量令人讨厌的.Compile().Invoke()，我想摆脱它们。

public static Validator<U> SelectMany<T, U>(this Validator<T> @this, Expression<Func<T, Validator<U>>> k)
{
    Expression<Func<T>> fvtv = @this.ValueExpression;
    Expression<Func<Validator<U>>> fvu = () => k.Compile().Invoke(fvtv.Compile().Invoke());
    Expression<Func<U>> fvuv = fvu.Compile().Invoke().ValueExpression;
    Expression<Func<U, bool>> fvtiv = u => @this.ValidationExpression.Compile().Invoke(fvtv.Compile().Invoke());
    return fvuv.ToValidator(fvtiv);
}

public static Validator<V> SelectMany<T, U, V>(this Validator<T> @this, Expression<Func<T, Validator<U>>> k, Expression<Func<T, U, V>> s)
{
    Expression<Func<Validator<U>>> fvu = () => @this.SelectMany(k);
    Expression<Func<T>> fvtv = @this.ValueExpression;
    Expression<Func<U>> fvuv = fvu.Compile().Invoke().ValueExpression;
    Expression<Func<T, bool>> fvtiv = @this.ValidationExpression;
    Expression<Func<U, bool>> fvuiv = u => fvu.Compile().Invoke().ValidationExpression.Compile().Invoke(u);
    Expression<Func<V>> fvv = () => s.Compile().Invoke(fvtv.Compile().Invoke(), fvuv.Compile().Invoke());
    Expression<Func<V, bool>> fvviv = v => fvtiv.Compile().Invoke(fvtv.Compile().Invoke()) && fvuiv.Compile().Invoke(fvuv.Compile().Invoke());
    return fvv.ToValidator(fvviv);
}

提前感谢您！

- Enigmativity

---

真的很难理解你所说的“以更加函数式的方式”。如果只是删除所有的Expression<> .Compile()和.Invoke()，你需要做什么才能完成呢？ - pdr

我很好奇为什么你想验证一个表达式以生成值，而不是仅仅验证一个实际值。你能详细解释一下这个观点吗？ - Aaronaught

这是一个例子 - 我正在尝试组合诸如f(x) = x + 1和g(x) = sqrt(x)之类的函数，然后h(x) = f(g(x))。现在，如果我对g有一个约束条件，例如x >= 0（sqrt of -ve numbers等），那么我希望该约束条件传播到函数h。当我的基础x值改变时，我希望能够询问函数h是否应将其结果视为仍然有效。 （这是一个有点牵强的例子，但它应该有助于澄清。）干杯。 - Enigmativity

我认为这个 Stack Exchange 提议 可能会对你感兴趣。如果是的话，请展示你的支持并帮助将其推向 beta 版。 - greatwolf

Answer 1

尽管dtb的答案适用于多种情况，但在Entity Framework中不能使用这样的表达式是次优的，因为它无法处理Invoke调用。不幸的是，为了避免这些调用，需要更多的代码，包括一个新的ExpressionVisitor派生类：

static Expression<Func<A, C>> Compose<A, B, C>(Expression<Func<B, C>> f,
                                               Expression<Func<A, B>> g)
{
    var ex = ReplaceExpressions(f.Body, f.Parameters[0], g.Body);

    return Expression.Lambda<Func<A, C>>(ex, g.Parameters[0]);
}

static TExpr ReplaceExpressions<TExpr>(TExpr expression,
                                       Expression orig,
                                       Expression replacement)
    where TExpr : Expression 
{
    var replacer = new ExpressionReplacer(orig, replacement);

    return replacer.VisitAndConvert(expression, nameof(ReplaceExpressions));
}

private class ExpressionReplacer : ExpressionVisitor
{
    private readonly Expression From;
    private readonly Expression To;

    public ExpressionReplacer(Expression from, Expression to)
    {
        From = from;
        To = to;
    }

    public override Expression Visit(Expression node)
    {
        return node == From ? To : base.Visit(node);
    }
}

这将用第二个表达式替换第一个表达式中的第一个参数的每个实例。 因此，像这样调用：

Compose((Class1 c) => c.StringProperty, (Class2 c2) => c2.Class1Property

将生成表达式(Class2 c2) => c2.Class1Property.StringProperty。

- felipe

---

顺便提一下，这仅在“f”和“g”是纯函数的情况下有效。如果您正在为实体框架使用它，那么它们很可能已经是纯函数了。否则，您可能会遇到副作用问题。 - ZeroUltimax

Answer 2

Haskell的函数组合运算符的等价物

(.) :: (b->c) -> (a->b) -> (a->c)
f . g = \ x -> f (g x)

在 C# 中可能是这样的

static Expression<Func<A, C>> Compose<A, B, C>(
    Expression<Func<B, C>> f,
    Expression<Func<A, B>> g)
{
    var x = Expression.Parameter(typeof(A));
    return Expression.Lambda<Func<A, C>>(
        Expression.Invoke(f, Expression.Invoke(g, x)), x);
}

这就是您想要的吗？

例子：

Compose<int, int, string>(y => y.ToString(), x => x + 1).Compile()(10); // "11"

- dtb

---

看起来很接近我想要的。干杯。现在我可以继续我的下一个头痛了。单子真是太疯狂了！ - Enigmativity

我们的内部库中有一整套这样的操作符。可惜微软没有包含使Expression<Func<..>>变得非常棒（相对而言）的东西。 - sinelaw