[C#] Expression Tree Compilation

Expression Tree Compilation이란 식(expression) 또는 람다(lambda)와 같은 C#코드를 트리 구조로 동적으로 구성한 후, 런타임에 이를 실제 실행 가능한 코드로 변환(컴파일)하여 바로 사용할 수 있도록 만드는 기술입니다.

기본 개념과 동작 방식

• Expression Tree는 코드의 구조를 객체 트리로 표현한 자료구조입니다.
• 트리 각각의 노드는 연산(Operation), 값, 변수, 함수 호출 등 프로그램의 일부를 뜻합니다.
• 한 번 트리를 만든 뒤, .Compile() 메서드를 사용하면 그 구조가 실제 실행 코드(델리게이트)로 변환됩니다.
• 컴파일된 결과는 일반 델리게이트처럼 바로 실행할 수 있습니다.

예시 코드

using System.Linq.Expressions;

ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(int), "x");
ConstantExpression constant = Expression.Constant(5);
BinaryExpression body = Expression.Add(param, constant);
Expression<Func<int, int>> lambda = Expression.Lambda<Func<int, int>>(body, param);
var compiledLambda = lambda.Compile();
int result = compiledLambda(10); // result = 15

• 위 코드의 트리는 "입력값 x에 5를 더한다"라는 계산을 나타내며, 런타임에 실제 코드로 변환됩니다.

활용 사례

• 동적 코드 실행: 프로그램 실행 중 사용자 입력이나 외부 조건에 따라 코드를 동적으로 만들어 실행할 수 있습니다.
• LINQ Provider: Entity Framework나 LINQ to SQL에서 C# 코드를 SQL로 번역할 때 식 트리를 분석하여 변환합니다.
• 메타 프로그래밍: 코드의 구조를 런타임에 분석하고, 동적으로 코드 생성 또는 변환이 필요한 복잡한 로직 구현에 사용됩니다.
• 커스텀 쿼리 빌더: 사용자 조건에 따라 동적으로 WHERE절, 필터링 조건 등을 생성할 때 많이 활용합니다.

성능과 유의사항

• 초기 컴파일 비용: 트리 구성과 컴파일에는 오버헤드가 있지만, 컴파일 후 델리게이트는 거의 일반 코드 수준으로 빠르게 동작합니다.
• 정적 코드 대비 한계: 반복적 컴파일 또는 지나치게 복잡한 트리는 성능 저하·메모리 누수 위험이 있으니 재사용하는 방식이 권장됩니다.
• 지원 불가 구문: 전통적인 C# 코드의 모든 제어문(반복문, 예외처리 등)이 식 트리로는 표현이 어렵거나 불가능할 수 있습니다.
• 표준 라이브러리: System.Linq.Expressions 네임스페이스에서 지원되고, 다양한 Factory 메서드와 트리 노드 클래스를 제공합니다.

정리

Expression Tree Compilation은 동적 코드 생성, 분석, 최적화, LINQ 기반 데이터 접근 등에서 필수적인 도구이며, 주로 실행 시점에 로직을 유연하게 만들고자 할 때 큰 가치를 발휘합니다.

 

Executing Expression Trees - C#

Expression<TDelegate>.Compile 메서드 (System.Linq.Expressions)