表达式树复用陷阱：为什么结果会“颠倒”？

# 表达式树最佳实践：避免节点共享
今天看到一篇关于表达式树用法，细看以后，发现有几个我认为是坑的地方，我就说说对于这个问题的理解和解决方案。
一、原因

• 表达式树里的“参数”和“局部变量”（ParameterExpression）是按“引用身份”区分的，而不是按“调用栈帧”区分。
  
• 当你把“同一棵表达式树实例”复用到多个位置（特别是该表达式体里还有 Block/局部变量），这些参数/局部就会在多个位置被“合并为同一个符号”，从而产生值窜位、顺序颠倒等“看起来像 bug”的结果。
  
• 这不是 .NET 表达式编译器的 bug，而是表达式树的语义：表达式是语法树，节点按引用标识；复用同一个节点，就意味着共享同一个参数/变量节点。
  

可以简化理解：表达式树不是“每次调用都自动克隆一份变量”，而是“你放进树里的那个变量节点就是唯一的一份”。如果你想要“各用各的变量”，你需要显式“复制并替换参数/变量”。
 
二、错误用法（反例）

问题核心：把同一 Lambda 表达式实例用 Expression.Invoke 在两个位置复用，而该 Lambda 的表达式体里还有局部变量或需要唯一性的 ParameterExpression。
示例（简化版）：
```c#
// 模型
record Address(string City);
record AddressDTO(string City);
record Customer(Address? Address, Address[] Addresses);
// 映射表达式：Address -> AddressDTO
Expression map =
    a => new AddressDTO(a.City);
// 误用：同一表达式实例 map 被 Invoke 两次
var c = Expression.Parameter(typeof(Customer), "c");
var dto = Expression.Parameter(typeof(AddressDTO), "dto"); // 这里只是示意
var misuse = Expression.Block(
    // dto.Address = map(c.Address)
    Expression.Invoke(map, Expression.Property(c, nameof(Customer.Address))),
    // dto.Addresses[0] = map(c.Addresses[0])
    Expression.Invoke(map,
        Expression.ArrayIndex(
            Expression.Property(c, nameof(Customer.Addresses)),
            Expression.Constant(0)))
    // ...省略赋值细节
);
```
 
为什么会错？

• 如果 map 的表达式体里包含 Block/局部变量/临时目标对象，这些 ParameterExpression 节点在两处复用时会“合并为同一个变量”，从而出现“后一次写入覆盖前一次”的现象。
  
• 这不是运行时“每次调用一份独立局部变量”，而是“同一份表达式节点被两处共享”。
  

表现的情况：

• 顺序一换，结果就变；或者两个位置得到相同的结果；看似随机，实则节点共享导致的可预期行为。
  

三、正确使用（正例）

做法：在“每个使用点”对表达式进行“参数重绑定（克隆+替换）”，保证每个使用点拥有自己的 ParameterExpression/局部变量节点；或在非 EF 场景下直接编译成委托使用。
示例（参数重绑定，推荐给 EF/LINQ to Entities）：
```C#
static Expression Replace(Expression expr, ParameterExpression from, ParameterExpression to)
    => new ReplaceVisitor(from, to).Visit(expr)!;
sealed class ReplaceVisitor : ExpressionVisitor
{
    private readonly ParameterExpression _from, _to;
    public ReplaceVisitor(ParameterExpression from, ParameterExpression to)
        => (_from, _to) = (from, to);
    protected override Expression VisitParameter(ParameterExpression node)
        => node == _from ? _to : base.VisitParameter(node);
}
// 原始映射：Address -> AddressDTO
Expression map = a => new AddressDTO(a.City);
// 每个使用点克隆一份，并替换参数
var p1 = Expression.Parameter(typeof(Address), "a1");
var map1 = Expression.Lambda(
    Replace(map.Body, map.Parameters[0], p1), p1);
var p2 = Expression.Parameter(typeof(Address), "a2");
var map2 = Expression.Lambda(
    Replace(map.Body, map.Parameters[0], p2), p2);
// 组合使用：此时 map1 与 map2 的参数/局部都是彼此独立的
var c = Expression.Parameter(typeof(Customer), "c");
var body = Expression.Block(
    // dto.Address = map1(c.Address)
    Expression.Invoke(map1, Expression.Property(c, nameof(Customer.Address))),
    // dto.Addresses[0] = map2(c.Addresses[0])
    Expression.Invoke(map2,
        Expression.ArrayIndex(
            Expression.Property(c, nameof(Customer.Addresses)),
            Expression.Constant(0)))
    // ...省略赋值细节
);
```
替代方案（非 EF 内存场景）：
```C#
// 直接编译为委托，按普通 C# 逻辑调用
var mapFunc = map.Compile();
var dtoAddress = mapFunc(customer.Address!);
var first = mapFunc(customer. Addresses[0]);
```

• 优点：不会受表达式树节点共享影响。
  
• 注意：不能被 EF 翻译到 SQL；仅适用于内存 LINQ/业务层。
  

额外建议：尽量避免在表达式树中使用 Expression.Invoke，EF 通常无法翻译；应使用“参数重绑定 + 合并子表达式”的方式把子表达式直接嵌入到同一棵树中。
四、使用表达式树的一些个人的建议

• 避免复用同一表达式实例
  
  
  
  • 尤其当表达式体含有 Block/局部变量/临时对象（MemberInit/Assign 等）时。
    
  • 需要多处使用时，请“克隆 + 参数重绑定”，保证 ParameterExpression 的唯一性。
    
  
  
• 尽量合并而不是 Invoke
  
  
  
  • 在 EF/LINQ to Entities 中，Expression.Invoke 很难翻译；用参数替换把子表达式合并进父表达式（可参考 LinqKit 的 Expand 思路）。
    
  
  
• 参数/常量类型要严格匹配
  
  
  
  • 用于比较的常量应先转换为目标属性类型（Convert.ChangeType/自定义转换），再放入 Expression.Constant(value, property. Type)，否则会报 “Argument types do not match”。
    
  • IN/NotIn 构造时，要把集合元素逐一转换为属性类型再构造 Equal 表达式。
    
  
  
• 构建 KeySelector 时注意类型
  
  
  
  • 如果泛型 TKey 与属性类型不一致，使用 Expression.Convert(property, typeof(TKey)) 做显式转换。
    
  
  
• 可提炼可复用的工具
  
  
  
  • ParameterRebinder/ReplaceVisitor（参数替换）
    
  • PropertyPath 解析（支持 “A.B.C” 链式属性）
    
  • 安全常量转换（string → int/decimal/enum/DateTime/Nullable）
    
  
  
• 性能与缓存
  
  
  
  • 频繁重复构建/编译的表达式应做缓存（根据条件组合生成键），避免多次 Compile 的开销。
    
  
  
• 可测试性
  
  
  
  • 先用内存集合验证表达式语义（Compile + LINQ to Objects），再在 EF 上验证翻译可行性（避免 Invoke/不可翻译方法）。
    
  
  
• 空值与可空处理
  
  
  
  • 组合访问（如 A.B.C）要考虑 A/B 可能为空的情况（可通过显式 Null 检查或使用 SQL 可翻译的 null 传播逻辑）。
    
  
  
• 组合与复用的边界
  
  
  
  • 当需要多处相同结构但参数不同的子映射时，优先用“模板表达式 + 参数重绑定”；不要把“同一实例”直接塞进多个位置。
    
  
  

总结：表达式树强调“节点身份即语义”。复用同一实例，就等于共享同一个参数/变量节点；要隔离，就必须克隆并替换参数。按此规则构造与组合表达式，既能保持结果稳定，也更容易被 EF 等提供者正确翻译。
 

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