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  1. 2009.09.12 Welcome to Dynamic C#(7) - 아낌없이 표현해 주는 나무

- 럭키 세븐 -_-v

기분도 좋게 일곱번째 글이 되는 오늘은 아낌없이 표현해주는 나무, expresion tree를 가지고 이야기 해보도록 하겠습니다. LINQ의 뒤를 든든하게 받치고 있는 요소지만, 전면에 거의 드러나지 않아서 이게 뭔지 알아보려고 노력안하면 볼일이 없는 친구입니다. 저 역시 LINQ로 프로젝트를 진행하면서도 얉은 지식과 호기심으로 인해서 이런게 있다는 것도 모르고 있었는데요. 그리고 6월에 있었던 세미나에서는 '컴파일러같은 툴 개발자들에게나 적합한 기능인거 같다'는 망언을 하기도 했었습니다. 뭐 100% 틀린 말은 아니겠지만, 이해가 부족한 탓에 나온 망언이었던거니 혹시 마음상한 분 있으셨다면 여친한테 밴드라도 붙여달라고 하시면 좋을거 같네요. 여친없으시면 어머니한테라도...


- 표현해주는 나무나 빨랑 설명해봐

일단 expression tree는 실행가능한 코드를 데이터로 변환가능한 방법을 제공해주는 요소입니다. 이렇게 데이터로 변환하게 되면 컴파일하기 전에 코드를 변경한다거나 하는 일이 매우 수월해지는데요. 예를 들면, C#의 LINQ 쿼리식을 sql 데이터베이스같이 다른 프로세스상에서 수행하는 코드로 변환하는 경우 말이죠.

Func<int, int, int> function = (a, b) => a + b;

위와 같은 문장은 머리,가슴,배는 아니지만 세부분으로 구성됩니다.

1. 선언부 : Func<int, int, int> function
2. 등호 연산자 : =
3. 람다 식 : (a, b) => a + b;

현재 변수 function은 두 숫자를 받아서 어떻게 더하는지를 나타내는 코드를 참조하고 있습니다. 그리고 위의 람다 표현식을 메서드로 표현해본다면 대략 아래와 같은 모양이 되겠죠.

public int function(int a, int b)
{
    return a + b;
}

Func는 System네임스페이스에 아래와 같이 선언되어 있습니다.

public delegate TResult Func<in T1, in T2, out TResult>(T1 arg1, T2 arg2); 

이 선언이 우리가 두개의 숫자를 더하는 간단한 람다식을 선언하는 걸 도와준 셈이죠.


- 근데, 어케 코드에서 표현해주는 나무로...?

위에서 우리는 실행가능한 코드를 function이라는 변수를 통해서 참조할 수 있다는걸 봤습니다. 근데, expression tree는 실행가능한 코드나 아니고, 자료구조의 한 형태입니다. 그러면, 어떻게 표현식을(코드를) expression tree로 변환하는 걸까요? 그래서 LINQ가 좋은걸 준비해뒀습니다.

using System.Linq.Expressions;

....

Expression<Func<int, int, int>> expression = (a, b) => a + b; 

위와 같이만 하면, 람다식이 expression tree로 쑉~! 하고 변환이 됩니다. 그럼 이걸 좀 더 눈에 보이게 살펴볼까요? 여기에 가시면, C#으로 구현된 예제들을 받을 수 있는데요, 예제중에 ExpressionTreeVisualizer(이하, ETV)라는게 있습니다. expression tree를 TreeView컨트롤을 이용해서 보기쉽게 쪼개주는 놈이죠. (a, b) => a + b;를 한번 확인해볼까요?



위의 간단한 예제코드는, Expression<TDelegate>클래스를 사용하고 있는데요, 그 클래스의 4가지 프로퍼티를 ETV를 통해서 확인해보실 수 있습니다. 좀 더 확실하게 하기 위해서 '-'를 눌러서 다 접어볼까요?



위 그림을 보시면, 딱 4가지만 남아있죠?

  • Body : expression의 몸체를 리턴한다.
  • Parameters : 람다식의 파라미터를 리턴한다.
  • NodeType : expression tree의 특정노드의 ExpressionType을 리턴한다. ExpressionType은 45가지의 값을 가진 열거형타입인데, expression tree에 속할 수 있는 모든 노드의 목록이 포함되어 있다. 예를 들면, 상수를 리턴하거나, 파라미터를 리턴한다거나, 둘 중에 뭐가 더 큰지 결정한다거나(<,>), 두 값을 더한다거나(+) 하는 것들이 있다.
  • Type : expression의 정적인 타입을 리턴한다. 위의 예제같은 경우에는 Func<int, int, int>가 되겠다.

아래와 같은 코드를 통해서 위의 프로퍼티들의 값을 확인해볼 수 있습니다.

using System;
using System.Linq.Expressions;

namespace ConsoleApplication2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Expression<Func<int, int, int>> expr = (a, b) => a + b;

            BinaryExpression body = (BinaryExpression)expr.Body;
            ParameterExpression left = (ParameterExpression)body.Left;
            ParameterExpression right = (ParameterExpression)body.Right;

            Console.WriteLine(expr.Body);
            Console.WriteLine("표현식의 왼쪽 : {0}\n노드의 타입 : {1}"
                + "\n표현식의 오른쪽 : {2}\n몸체의 타입 : {3}",
                left.Name, body.NodeType, right.Name, body.Type);
        }
    }
}


그리고 실행결과는 아래와 같습니다.



결과에서 expression의 모든 요소들이 각각의 노드로 이루어진 자료구조라는 것을 확인해보실 수 있습니다. 그리고 반대로 expression tree를 코드로 변환해서 실행하는 것도 매우 간단합니다. 아래와 같이 딴 한줄이면 됩니다.

int result = expr.Compile() (3,5); 


- 근데 당췌 왜 코드를 나무로 바꾸는건데? 식목일이냥?

이제 expression tree에 대해서는 조금 익숙해지셨을 겁니다. 특히 이 expression tree가 LINQ to SQL에 아주 중요한 역할을 하는데요, 일단 아래의 LINQ to SQL 쿼리문을 보시져~.

var query = from u in db.Users
     where u.nickname == "boram"
     select new { u.uId, u.nickname };


위 쿼리문의 결과로 반환되는 타입을 확인해보면 아래와 같습니다.



넵 바로 IQueryable인데요, IQueryable의 정의를 확인해보면 아래와 같습니다.

public interface IQueryable : IEnumerable
{
    Type ElementType { get; }
    Expression Expression { get; }
    IQueryProvider Provider { get; }

즉, 멤버로 Expression타입의 프로퍼티를 가지고 있습니다. IQueryable의 인스턴스는 expression tree를 가지고 있도록 설계된 거죠. 그 expressio tree가 바로 코드로 작성한 LINQ쿼리문의 자료구조입니다. 그런데, 왜 이렇게 LINQ to SQL쿼리를 expression tree형태로 가지고 있는걸까요? 그 핵심은, A라는 프로그램의 코드에 LINQ to SQL쿼리가 있다고 했을때, 실제로 이 쿼리가 수행되는 곳이 A가 아니라 데이터베이스 서버라는 점에 있습니다. 즉, 프로그램에서 직접실행되는게 아니라 데이터베이스가 알아들을 수 있는 SQL쿼리형태로 변환을 해서, 그 쿼리를 데이터베이스에게 날려서 쿼리된 데이터를 받아온다는 거죠. 위의 LINQ to SQL쿼리는 대략 아래와 같은 SQL문으로 변환이 됩니다.

SELECT [t0].[uId], [t0].[nickname]
FROM [dbo].[Users] AS [t0]
WHERE [t0].[nickname] = @p0 

프로그램내에 존재하는 쿼리표현식은 SQL 쿼리로 변환되어서 다른 프로세스에서 사용되게끔 문자열 형태로 보낸다는 거죠. 그러면, 위에서 설명드린대로 실제 쿼리는 데이터베이스의 프로세스내에서 처리가 되구요. 즉, IL코드를 SQL쿼리로 변환하는 거 보다, expression tree같은 자료구조형태가 변환하기 훨씬 쉬울뿐더러, 최적화 같은 중간처리도 훨씬 용이하다는 겁니다. 하지만 LINQ to Objects를 통해서 쿼리를 해보면 결과의 타입은 IEnumerable<T>입니다. 왜 얘네들은 IQueryable<T>가 아닐까요? IEnumerable<T>의 정의를 보면 아래와 같습니다.

public interface IEnumerable<T> : IEnumerable
{
    IEnumerator<T> GetEnumerator();

즉, Expression타입의 프로퍼티가 없습니다. 왜냐면, LINQ eo Objects는 같은 프로세스내에서 처리될 객체들을 대상으로 쿼리를 하기 때문에 다른 형태로 변환될 필요가 없기 때문입니다. 그렇다면, 굳이 expression tree같은 자료구조로 변환할 필요가 없겠죠. 그래서 대략 아래와 같은 규칙이 성립합니다.
  • 코드가 같은 프로그램(또는 프로세스)내에서 실행되는 경우라면 IEnumerable<T>
  • 쿼리 표현식을 다른 프로그램(또는 프로세스)에서 처리하기 위해서 문자열 형태로 변환해야 한다면 expression tree를 포함하는 IQueryable<T>를 사용 


- 마치면서

일단 오늘은 C# 3.0에 포함되었던 expression tree에 대해서 설명을 드렸습니다. DLR이랑 dynamic이야기 하다가 난데없이 삼천포로 빠진 느낌이 드시겠지만(저는 경남 진주에 살았었는데, 아버지 따라 삼천포 자주 갔었습니다....이 이야기는 왜하는 거지..-_-), DLR에서 expression tree가 중요하게 사용되고, 또한 C# 3.0을 사용해보신 분들이라도 expression tree에 대해서 제대로 못짚고 넘어간 분들도 많으리라 생각합니다. 저 역시 그랬구요. 아무튼, 도움되셨기를 바라면서 다음에 뵙죠!


- 참고자료

1. http://blogs.msdn.com/charlie/archive/2008/01/31/expression-tree-basics.aspx

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