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C# 使用表达式树（Expression Tree）代替反射赋值

news 来源：原创 2025/6/11 8:08:22

关于如何在C#中根据配置表映射一个实体对象数据，我们常用有反射，虽然灵活但性能可能较低，尤其是在高频繁操作时。比如在数据采集的时候，开几个线程去跑数据，这个性能开销不是一星半点消耗了。
我们采用 表达式树（Expression Tree） + 委托缓存机制 的方式，确保每次转换时无需重复构建表达式逻辑，从而显著提升性能。表达式树调用比反射快 20 倍以上！

1、需求分析

字段配置表（PartList）
PartName是装置的名称
PartAddress：是PLC的地址
PartType：与实体对应的字段名称

{"PartList": [{"PartName": "绕线装置-升降1","PartAddress": "D2344","PartType": "RX_UpDown_1"},{"PartName": "绕线装置-升降2","PartAddress": "D2380","PartType": "RX_UpDown_2"},{"PartName": "抓线装置-升降1","PartAddress": "D2346","PartType": "ZX_UpDown_1"},{"PartName": "抓线装置-升降2","PartAddress": "D2382","PartType": "ZX_UpDown_2"}]
}

配置项（与配置表）

  // 装置配置项public class PlcPart{public string PartName { get; set; }public string PartAddress { get; set; }public string PartType { get; set; }public int PartAddressValue(){var match = _regex.Match(PartAddress);return match.Success ? int.Parse(match.Groups[1].Value) : Convert.ToInt16(PartAddress.Substring(1));//获取元素地址//return  Convert.ToInt16(Element.Substring(2));//获取元素地址}}

实体对象

public class RXJ_ActionData
{public bool RX_UpDown_1 { get; set; }public bool RX_UpDown_2 { get; set; }public int ZX_UpDown_1 { get; set; }public int ZX_UpDown_2 { get; set; }
}

2、预期效果

根据 PartList 中的 PartType字段映射到 RXJ_ActionData 的属性中。
为了多类型匹配，采用泛型
从 PartAddress 获取原始值（如 int 类型）。
对 bool 类型字段，进行 rawValue != 0 的转换。0代表flase,1代表true
使用表达式树构建赋值逻辑。
使用委托缓存提升性能，避免重复构建。

3、实现方式

`预编译委托（Expression Tree）`

构建一个 Func<Func<string, int>, RXJ_ActionData> 类型的委托。
该委托接受一个 Func<string, int> 参数，用于根据地址获取原始值。
使用 Expression.MemberInit 构建对象初始化表达式。
每个字段根据类型进行不同的转换逻辑：
- bool 类型：rawValue != 0（0代表flase,1代表true）
- int 类型：直接赋值

核心思想：

预处理阶段：为每个实体类型生成字段/属性到委托的映射字典，委托负责赋值操作。
运行时：直接通过字段名称查找委托并执行赋值，无需每次反射查找字段。

优点：

高性能：委托编译后执行速度与直接代码接近。
类型安全：通过表达式树确保类型转换正确。
灵活：支持字段和属性，可扩展。

表达式树（Expression Tree）

namespace DataCapture.Helper;using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Linq.Expressions;public static class MapperCache
{public static Func<Func<string, int>, T> GetMapper<T>(Dictionary<string, Delegate> mapperDelegates, PlcPart[] partList){var key = GenerateKey(partList);lock (mapperDelegates){if (mapperDelegates.TryGetValue(key, out var del)){return (Func<Func<string, int>, T>)del;}del = BuildMapper<T>(partList);mapperDelegates[key] = del;return (Func<Func<string, int>, T>)del;}}private static string GenerateKey(PlcPart[] partList){return string.Join(";", partList.Select(p => $"{p.PartType}:{p.PartAddress}"));}private static Delegate BuildMapper<T>(PlcPart[] partList){var getDataParam = Expression.Parameter(typeof(Func<string, int>), "getData");var newExpr = Expression.New(typeof(T));var bindings = new List<MemberBinding>();foreach (var part in partList){var propInfo = typeof(T).GetProperty(part.PartType);if (propInfo == null || propInfo.GetSetMethod() == null)continue;var addressConst = Expression.Constant(part.PartAddress, typeof(string));var rawValueExpr = Expression.Invoke(getDataParam, addressConst);Expression convertedExpr;if (propInfo.PropertyType == typeof(bool)){// int -> bool: value != 0convertedExpr = Expression.NotEqual(rawValueExpr, Expression.Constant(0));}else{convertedExpr = rawValueExpr;}var bind = Expression.Bind(propInfo, convertedExpr);bindings.Add(bind);}var memberInit = Expression.MemberInit(newExpr, bindings);var lambda = Expression.Lambda<Func<Func<string, int>, T>>(memberInit,getDataParam);return lambda.Compile();}
}

`缓存机制`

使用 Dictionary<string, Delegate> 缓存已生成的委托。
缓存键可基于 PartList 的内容（如 JSON 序列化后的哈希值）。
避免重复构建表达式树，提升性能

using System;
using System.Collections.Generic;
namespace DataCapture.DeviceDataSave;
/// <summary>
/// 设备绕线机数据（根据自身定义）
/// </summary>
public class DeviceRXJ
{protected readonly Dictionary<string, Delegate> _cachedDelegates;protected readonly Dictionary<string, int> _plcData = new Dictionary<string, int>();//数据缓存private Func<Func<string, int>, RXJ_PLC_ActionDataModel> mapper;//表达式树public DeviceRXJ( ElementConfig elementConfig) {//elementConfig是配置表内容（根据自身定义）List<PlcPart> plcParts = new List<PlcPart>();foreach (var moduleConfig in elementConfig.ModuleConfig){plcParts.AddRange(moduleConfig.PartList);}mapper = MapperCache.GetMapper<RXJ_PLC_ActionDataModel>(_cachedDelegates, plcParts.ToArray());}/// <summary>/// 添加数据/// </summary>/// <param name="address"></param>/// <param name="value"></param>public void AddData(string address, int value){_plcData[address] = value;}/// <summary>/// 获取数据/// </summary>/// <param name="address"></param>/// <returns></returns>public int GetData(string address){//Console.WriteLine($"GetData: {address}");return _plcData.TryGetValue(address, out var value) ? value : 0;}
}

PLC 读取模拟（可替换为真实通信）

public static class PlcReader
{private static readonly Dictionary<string, int> _plcData = new Dictionary<string, int>{{ "D2344", 1 },   // RX_UpDown_1 = true{ "D2380", 0 },   // RX_UpDown_2 = false{ "D2346", 123 }, // ZX_UpDown_1 = 123{ "D2382", 456 }  // ZX_UpDown_2 = 456};public static int ReadInt(string address){return _plcData.TryGetValue(address, out var value) ? value : 0;}
}

使用案例

using System;
using System.Linq;public class Program
{public static void Main(){// 1. 解析字段配置表（模拟从 JSON 中读取）var partList = new[]{new PlcPart{ PartName = "绕线装置-升降1", PartAddress = "D2344", PartType = "RX_UpDown_1" },new PlcPart{ PartName = "绕线装置-升降2", PartAddress = "D2380", PartType = "RX_UpDown_2" },new PlcPart{ PartName = "抓线装置-升降1", PartAddress = "D2346", PartType = "ZX_UpDown_1" },new PlcPart{ PartName = "抓线装置-升降2", PartAddress = "D2382", PartType = "ZX_UpDown_2" }};// 2. 获取映射器（仅在首次构建一次）var mapper = MapperCache.GetMapper(partList);// 3. 从 PLC 获取数据（模拟）该处是委托，lambda表达式，回传回来的是地址，具体需求大家可以修改参数Func<string, int> getData = address => PlcReader.ReadInt(address);// 4. 执行映射，生成实体对象var result = mapper(getData);// 5. 输出结果Console.WriteLine("映射结果：");Console.WriteLine(result);}
}