java动态构建数据库复杂查询教程

有的时候，你需要动态构建一个比较复杂的查询条件，传入数据库中进行查询。而条件本身可能来自前端请求或者配置文件。那么这个时候，表达式树，就可以帮助到你。

where当中可以传入固定的条件

以下是一个简单的单元测试用例。接下来，我们将这个测试用例改的面目全非。

[test]
public void normal()
{
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable() // 0-9
        .where(x => x >= 1 && x < 5).tolist(); // 1 2 3 4
    var expectation = enumerable.range(1, 4); // 1 2 3 4
    re.should().beequivalentto(expectation);
}

queryable中的where就是一种表达式树

由于是 queryable 的关系，所以where当中的其实是一个表达式，那么我们把它单独定义出来，顺便水一下文章的长度。

[test]
public void expression00()
{
    expression<func<int, bool>> filter = x => x >= 1 && x < 5;
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation);
}

表达式可以通过lambda隐式转换

expression 右侧是一个 lambda ，所以可以捕获上下文中的变量。
这样你便可以把 minvalue 和 maxvalue 单独定义出来。
于是乎你可以从其他地方来获取 minvalue 和 maxvalue 来改变 filter。

[test]
public void expression01()
{
    var minvalue = 1;
    var maxvalue = 5;
    expression<func<int, bool>> filter = x => x >= minvalue && x < maxvalue;
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation);
}

可以使用方法创建表达式

那既然这样，我们也可以使用一个方法来创建 expression。
这个方法，实际上就可以认为是这个 expression 的工厂方法。

[test]
public void expression02()
{
    var filter = createfilter(1, 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation); 
    expression<func<int, bool>> createfilter(int minvalue, int maxvalue)
    {
        return x => x >= minvalue && x < maxvalue;
    }
}

通过func可以更加灵活的组合条件

那可以使用 minvalue 和 maxvalue 作为参数来制作工厂方法，那么用委托当然也可以。
于是，我们可以把左边和右边分别定义成两个 func，从而由外部来决定左右具体的比较方式。

[test]
public void expression03()
{
    var filter = createfilter(x => x >= 1, x => x < 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation); 
    expression<func<int, bool>> createfilter(func<int, bool> leftfunc, func<int, bool> rightfunc)
    {
        return x => leftfunc.invoke(x) && rightfunc.invoke(x);
    }
}

也可以手动构建表达式

实际上，左右两个不仅仅是两个func，其实也可以直接是两个表达式。
不过稍微有点不同的是，表达式的合并需要用 expression 类型中的相关方法创建。
我们可以发现，调用的地方这次其实没有任何改变，因为 lambda 既可以隐式转换为 func 也可以隐式转换为 expression。
每个方法的意思可以从注释中看出。

[test]
public void expression04()
{
    var filter = createfilter(x => x >= 1, x => x < 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation); 
    expression<func<int, bool>> createfilter(expression<func<int, bool>> leftfunc,
        expression<func<int, bool>> rightfunc)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        // (a => leftfunc(a))(x)
        var leftexp = expression.invoke(leftfunc, pexp);
        // (a => rightfunc(a))(x)
        var rightexp = expression.invoke(rightfunc, pexp);
        // (a => leftfunc(a))(x) && (a => rightfunc(a))(x)
        var bodyexp = expression.andalso(leftexp, rightexp);
        // x => (a => leftfunc(a))(x) && (a => rightfunc(a))(x)
        var resultexp = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        return resultexp;
    }
}

引入表达式的解构

使其更加简单

但是，上面的方法，其实可以再优化一下。避免对左右表达式的直接调用。
使用一个叫做 unwrap 的方法，可以将 lambda expression 解构成只包含 body 部分的表达式。
这是一个自定义的扩展方法，你可以通过 objectvisitor 来引入这个方法。

[test]
public void expression05()
{
    var filter = createfilter(x => x >= 1, x => x < 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation); 
    expression<func<int, bool>> createfilter(expression<func<int, bool>> leftfunc,
        expression<func<int, bool>> rightfunc)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        // leftfunc(x)
        var leftexp = leftfunc.unwrap(pexp);
        // rightfunc(x)
        var rightexp = rightfunc.unwrap(pexp);
        // leftfunc(x) && rightfunc(x)
        var bodyexp = expression.andalso(leftexp, rightexp);
        // x => leftfunc(x) && rightfunc(x)
        var resultexp = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        return resultexp;
    }
}

可以拼接更多的表达式

我们可以再优化以下，把 createfilter 方法扩展为支持多个子表达式和可自定义子表达式的连接方式。
于是，我们就可以得到一个 joinsubfilters 方法。

[test]
public void expression06()
{
    var filter = joinsubfilters(expression.andalso, x => x >= 1, x => x < 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation); 
    expression<func<int, bool>> joinsubfilters(func<expression, expression, expression> expjoiner,
        params expression<func<int, bool>>[] subfilters)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var result = subfilters[0];
        foreach (var sub in subfilters[1..])
        {
            var leftexp = result.unwrap(pexp);
            var rightexp = sub.unwrap(pexp);
            var bodyexp = expjoiner(leftexp, rightexp);
            result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        }
        return result;
    }
}

使用工厂方法来代替固定的子表达式

有了前面的经验，我们知道。其实x => x >= 1这个表达式可以通过一个工厂方法来建。
所以，我们使用一个 createminvaluefilter 来创建这个表达式。

[test]
public void expression07()
{
    var filter = joinsubfilters(expression.andalso,
        createminvaluefilter(1),
        x => x < 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation);
 
    expression<func<int, bool>> createminvaluefilter(int minvalue)
    {
        return x => x >= minvalue;
    }
    expression<func<int, bool>> joinsubfilters(func<expression, expression, expression> expjoiner,
        params expression<func<int, bool>>[] subfilters)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var result = subfilters[0];
        foreach (var sub in subfilters[1..])
        {
            var leftexp = result.unwrap(pexp);
            var rightexp = sub.unwrap(pexp);
            var bodyexp = expjoiner(leftexp, rightexp);
 
            result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        } 
        return result;
    }
}

工厂方法内部也可以使用expression手动创建

当然，可以只使用 expression 相关的方法来创建x => x >= 1。

[test]
public void expression08()
{
    var filter = joinsubfilters(expression.andalso,
        createminvaluefilter(1),
        x => x < 5);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation);
 
    expression<func<int, bool>> createminvaluefilter(int minvalue)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        // minvalue
        var rightexp = expression.constant(minvalue);
        // x >= minvalue
        var bodyexp = expression.greaterthanorequal(pexp, rightexp);
        var result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        return result;
    } 
    expression<func<int, bool>> joinsubfilters(func<expression, expression, expression> expjoiner,
        params expression<func<int, bool>>[] subfilters)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var result = subfilters[0];
        foreach (var sub in subfilters[1..])
        {
            var leftexp = result.unwrap(pexp);
            var rightexp = sub.unwrap(pexp);
            var bodyexp = expjoiner(leftexp, rightexp);
 
            result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        } 
        return result;
    }
}

同理，子表达式都可以如此创建

那既然都用了 expression 来创建子表达式了，那就干脆再做一点点改进，把x => x < 5也做成从工厂方法获取。

[test]
public void expression09()
{
    var filter = joinsubfilters(expression.andalso,
        createvaluecomparefilter(expression.greaterthanorequal, 1),
        createvaluecomparefilter(expression.lessthan, 5));
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation);
    expression<func<int, bool>> createvaluecomparefilter(func<expression, expression, expression> comparerfunc,
        int rightvalue)
    {
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var rightexp = expression.constant(rightvalue);
        var bodyexp = comparerfunc(pexp, rightexp);
        var result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        return result;
    } 
    expression<func<int, bool>> joinsubfilters(func<expression, expression, expression> expjoiner,
        params expression<func<int, bool>>[] subfilters)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var result = subfilters[0];
        foreach (var sub in subfilters[1..])
        {
            var leftexp = result.unwrap(pexp);
            var rightexp = sub.unwrap(pexp);
            var bodyexp = expjoiner(leftexp, rightexp);
 
            result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        } 
        return result;
    }
}

加入一点点配置，就完成了

最后，我们在把子表达式的创建通过一点点小技巧。通过外部参数来决定。就基本完成了一个多 and 的值比较查询条件的动态构建。

[test]
public void expression10()
{
    var config = new dictionary<string, int>
    {
        { ">=", 1 },
        { "<", 5 }
    };
    var subfilters = config.select(x => createvaluecomparefilter(mapconfig(x.key), x.value)).toarray();
    var filter = joinsubfilters(expression.andalso, subfilters);
    var re = enumerable.range(0, 10).asqueryable()
        .where(filter).tolist();
    var expectation = enumerable.range(1, 4);
    re.should().beequivalentto(expectation); 
    func<expression, expression, expression> mapconfig(string op)
    {
        return op switch
        {
            ">=" => expression.greaterthanorequal,
            "<" => expression.lessthan,
            _ => throw new argumentoutofrangeexception(nameof(op))
        };
    } 
    expression<func<int, bool>> createvaluecomparefilter(func<expression, expression, expression> comparerfunc,
        int rightvalue)
    {
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var rightexp = expression.constant(rightvalue);
        var bodyexp = comparerfunc(pexp, rightexp);
        var result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        return result;
    }
    expression<func<int, bool>> joinsubfilters(func<expression, expression, expression> expjoiner,
        params expression<func<int, bool>>[] subfilters)
    {
        // x
        var pexp = expression.parameter(typeof(int), "x");
        var result = subfilters[0];
        foreach (var sub in subfilters[1..])
        {
            var leftexp = result.unwrap(pexp);
            var rightexp = sub.unwrap(pexp);
            var bodyexp = expjoiner(leftexp, rightexp);
 
            result = expression.lambda<func<int, bool>>(bodyexp, pexp);
        } 
        return result;
    }
}

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