표현식 트리 기초

개요

Part 1에서 만든 Specification은 IsSatisfiedBy 메서드로 메모리 컬렉션을 필터링합니다. 하지만 실제 애플리케이션에서는 데이터가 데이터베이스에 있습니다. EF Core 같은 ORM은 C# 람다를 SQL로 변환하는데, 이를 위해서는 bool을 반환하는 메서드가 아니라 Expression Tree가 필요합니다. 이 장에서는 Expression Tree가 무엇이고, 왜 Specification에 필요한지 알아봅니다.

Func는 실행 가능한 블랙박스이고, Expression은 검사 가능한 트리 구조입니다.

학습 목표

핵심 학습 목표

1. Func vs Expression의 근본적 차이를 설명할 수 있습니다

   • Func<T, bool>은 컴파일된 델리게이트로 내부 구조를 알 수 없음
   • Expression<Func<T, bool>>은 코드의 구조를 트리 형태로 보존함
   • Expression은 Body, Parameters, NodeType 등을 통해 검사 가능

2. Expression Tree가 ORM에 필요한 이유를 설명할 수 있습니다

   • EF Core는 LINQ 쿼리를 SQL로 번역해야 함
   • Func는 불투명하여 SQL로 변환할 수 없음
   • Expression은 트리를 순회하며 SQL 절로 변환 가능

3. Expression을 컴파일하고 캐싱하여 메모리에서 실행할 수 있습니다

   • Expression.Compile()로 Func로 변환하여 메모리에서 실행 가능
   • 컴파일된 결과는 캐싱하여 재사용하는 것이 효율적

실습을 통해 확인할 내용

• Expression의 Body, Parameters 속성 접근
• Expression을 Compile하여 Func로 변환 후 실행
• AsQueryable()에서 Expression 기반 Where 사용

핵심 개념

Func: 불투명한 블랙박스

Func<Product, bool>은 컴파일된 델리게이트입니다. 런타임에 호출하여 결과를 얻을 수 있지만, “어떤 조건인지”를 프로그래밍적으로 알아낼 수 없습니다.

Func<Product, bool> func = p => p.Price > 1000;
// func의 내부를 검사할 방법이 없음
// EF Core가 이것을 SQL로 번역할 수 없음

Expression: 검사 가능한 트리 구조

Expression<Func<Product, bool>>은 동일한 람다식을 트리 구조로 보존합니다. 컴파일러가 람다식을 코드가 아닌 데이터 구조로 변환합니다.

Expression<Func<Product, bool>> expr = p => p.Price > 1000;

// 트리 구조 검사 가능
Console.WriteLine(expr.Body);        // (p.Price > 1000)
Console.WriteLine(expr.Parameters);  // p
Console.WriteLine(expr.Body.NodeType); // GreaterThan

Expression → Func 컴파일

Expression은 Compile() 메서드를 통해 실행 가능한 Func로 변환할 수 있습니다. 이 과정은 비용이 있으므로 결과를 캐싱하는 것이 좋습니다.

var compiled = expr.Compile();
var result = compiled(product); // true/false

ORM이 Expression을 필요로 하는 이유

구분	Func	Expression
내부 구조	불투명 (블랙박스)	검사 가능 (트리)
SQL 변환	불가능	가능
IQueryable	지원 불가	Where 절에 사용 가능
실행 위치	항상 메모리	DB 서버 또는 메모리

프로젝트 설명

프로젝트 구조

ExpressionIntro/                          # 메인 프로젝트
├── Program.cs                            # Expression Tree 데모
├── Product.cs                            # 상품 레코드
├── ExpressionIntro.csproj                # 프로젝트 파일
ExpressionIntro.Tests.Unit/               # 테스트 프로젝트
├── ExpressionBasicsTests.cs              # Expression 기초 테스트
├── Using.cs                              # 글로벌 using
├── xunit.runner.json                     # xUnit 설정
├── ExpressionIntro.Tests.Unit.csproj     # 테스트 프로젝트 파일
index.md                                  # 이 문서

핵심 코드

Product.cs

public record Product(string Name, decimal Price, int Stock, string Category);

Expression 생성과 검사

// Func - 불투명한 블랙박스
Func<Product, bool> func = p => p.Price > 1000;

// Expression - 검사 가능한 트리
Expression<Func<Product, bool>> expr = p => p.Price > 1000;
Console.WriteLine($"Body: {expr.Body}");
Console.WriteLine($"Parameters: {string.Join(", ", expr.Parameters)}");

// Expression → Func 컴파일
var compiled = expr.Compile();
var product = new Product("노트북", 1_500_000, 10, "전자제품");
Console.WriteLine($"Result: {compiled(product)}");

한눈에 보는 정리

Func vs Expression 비교

구분	Func<T, bool>	Expression<Func<T, bool>>
본질	컴파일된 코드	코드의 데이터 표현
검사	불가능	Body, Parameters 등 접근 가능
SQL 변환	불가능	ORM이 트리를 순회하여 변환
실행	직접 호출	Compile() 후 호출
IEnumerable	Where에 사용 가능	Compile 필요
IQueryable	사용 불가	Where에 직접 사용 가능

핵심 포인트

1. Expression은 코드를 데이터로 표현한 것으로, 프로그래밍적으로 분석하고 변환할 수 있습니다.
2. ORM은 Expression이 있어야 SQL을 생성할 수 있습니다. Func만으로는 전체 데이터를 메모리에 로드해야 합니다.
3. Compile()은 비용이 있으므로 캐싱하는 것이 좋습니다.

FAQ

Q1: Expression Tree는 어디에서 사용되나요?

A: 주로 ORM(Entity Framework Core), LINQ to SQL, 동적 쿼리 빌더 등에서 사용됩니다. C# 코드로 작성한 조건식을 SQL이나 다른 쿼리 언어로 변환해야 할 때 Expression Tree가 필수입니다.

Q2: Func 대신 항상 Expression을 사용해야 하나요?

A: 아닙니다. 메모리 내 컬렉션을 필터링할 때는 Func가 더 효율적입니다. Expression은 SQL 변환이 필요한 경우에만 사용하면 됩니다. Specification 패턴에서는 두 가지 시나리오를 모두 지원하기 위해 Expression 기반을 사용합니다.

Q3: Expression.Compile()의 성능 비용은 얼마나 되나요?

A: Compile()은 Expression Tree를 IL 코드로 변환하는 과정이므로 상대적으로 비용이 큽니다. 따라서 한 번 컴파일한 결과를 캐싱하여 재사용하는 것이 좋습니다. Functorium의 ExpressionSpecification은 내부적으로 이 캐싱을 자동으로 수행합니다.

Q4: AsQueryable()은 무엇인가요?

A: AsQueryable()은 IEnumerable<T>을 IQueryable<T>로 변환합니다. IQueryable은 Expression 기반의 Where를 지원하므로, 메모리 내 컬렉션에서도 Expression 기반 필터링을 테스트할 수 있습니다. 실제 프로젝트에서는 EF Core의 DbSet<T>이 IQueryable<T>을 구현합니다.

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Expression Tree의 개념을 이해했으니, 다음 장에서는 이를 Specification에 통합한 ExpressionSpecification<T> 클래스를 직접 구현합니다.

→ 2장: ExpressionSpecification 클래스