Python을 사용하여 간단한 4개의 산술 인터프리터 구현
- 王林앞으로
- 2023-04-21 11:46:091648검색
계산 기능 시연
여기서 먼저 프로그램의 도움말 정보를 보여준 다음 몇 가지 간단한 4가지 산술 연산 테스트를 수행하면 문제가 없는 것 같습니다(프로그램에 버그가 없다고 보장할 수는 없습니다!).
출력 토큰
출력 AST
이 형식의 JSON 정보가 너무 길어서 직접 보는 데 도움이 되지 않습니다. 최종 생성된 트리 다이어그램을 보기 위해 렌더링합니다(방법은 이전 두 블로그 참조). 다음 JSON을 파일에 저장합니다. 여기서는 데모.json이라고 부릅니다. 그런 다음 pytm-cli -d LR -i 데모.json -o 데모.html 명령을 실행하고 엽니다. 브라우저에서 생성된 html 파일에 있습니다. pytm-cli -d LR -i demo.json -o demo.html，然后再浏览器打开生成的 html 文件。
代码
所有的代码都在这里了，只需要一个文件 my_eval.py，想要运行的话，复制、粘贴，然后按照演示的步骤执行即可。
Node、BinOp、Constan 是用来表示节点的类.
Calculator 中 lexizer 方法是进行分词的，本来我是打算使用正则的，如果你看过我前面的博客的话，可以发现我是用的正则来分词的（因为 Python 的官方文档正则表达式中有一个简易的分词程序）。不过我看其他人都是手写的分词，所以我也这样做了，不过感觉并不是很好，很繁琐，而且容易出错。
parse 方法是进行解析的，主要是解析表达式的结构，判断是否符合四则运算的文法，最终生成表达式树（它的 AST）。
"""
Grammar
G -> E
E -> T E'
E' -> '+' T E' | '-' T E' | ɛ
T -> F T'
T' -> '*' F T' | '/' F T' | ɛ
F -> '(' E ')' | num | name
"""
import json
import argparse
class Node:
"""
简单的抽象语法树节点，定义一些需要使用到的具有层次结构的节点
"""
def eval(self) -> float: ... # 节点的计算方法
def visit(self): ... # 节点的访问方法
class BinOp(Node):
"""
BinOp Node
"""
def __init__(self, left, op, right) -> None:
self.left = left
self.op = op
self.right = right
def eval(self) -> float:
if self.op == "+":
return self.left.eval() + self.right.eval()
if self.op == "-":
return self.left.eval() - self.right.eval()
if self.op == "*":
return self.left.eval() * self.right.eval()
if self.op == "/":
return self.left.eval() / self.right.eval()
return 0
def visit(self):
"""
遍历树的各个节点，并生成 JSON 表示
"""
return {
"name": "BinOp",
"children": [
self.left.visit(),
{
"name": "OP",
"children": [
{
"name": self.op
}
]
},
self.right.visit()
]
}
class Constant(Node):
"""
Constant Node
"""
def __init__(self, value) -> None:
self.value = value
def eval(self) -> float:
return self.value
def visit(self):
return {
"name": "NUMBER",
"children": [
{
"name": str(self.value) # 转成字符是因为渲染成图像时，需要该字段为 str
}
]
}
class Calculator:
"""
Simple Expression Parser
"""
def __init__(self, expr) -> None:
self.expr = expr # 输入的表达式
self.parse_end = False # 解析是否结束，默认未结束
self.toks = [] # 解析的 tokens
self.index = 0 # 解析的下标
def lexizer(self):
"""
分词
"""
index = 0
while index < len(self.expr):
ch = self.expr[index]
if ch in [" ", "\r", "\n"]:
index += 1
continue
if '0' <= ch <= '9':
num_str = ch
index += 1
while index < len(self.expr):
n = self.expr[index]
if '0' <= n <= '9':
if ch == '0':
raise Exception("Invalid number!")
num_str = n
index += 1
continue
break
self.toks.append({
"kind": "INT",
"value": int(num_str)
})
elif ch in ['+', '-', '*', '/', '(', ')']:
self.toks.append({
"kind": ch,
"value": ch
})
index += 1
else:
raise Exception("Unkonwn character!")
def get_token(self):
"""
获取当前位置的 token
"""
if 0 <= self.index < len(self.toks):
tok = self.toks[self.index]
return tok
if self.index == len(self.toks): # token解析结束
return {
"kind": "EOF",
"value": "EOF"
}
raise Exception("Encounter Error, invalid index = ", self.index)
def move_token(self):
"""
下标向后移动一位
"""
self.index += 1
def parse(self) -> Node:
"""
G -> E
"""
# 分词
self.lexizer()
# 解析
expr_tree = self.parse_expr()
if self.parse_end:
return expr_tree
else:
raise Exception("Invalid expression!")
def parse_expr(self):
"""
E -> T E'
E' -> + T E' | - T E' | ɛ
"""
# E -> E E'
left = self.parse_term()
# E' -> + T E' | - T E' | ɛ
while True:
tok = self.get_token()
kind = tok["kind"]
value = tok["value"]
if tok["kind"] == "EOF":
# 解析结束的标志
self.parse_end = True
break
if kind in ["+", "-"]:
self.move_token()
left = BinOp(left, value, self.parse_term())
else:
break
return left
def parse_term(self):
"""
T -> F T'
T' -> * F T' | / F T' | ɛ
"""
# T -> F T'
left = self.parse_factor()
# T' -> * F T' | / F T' | ɛ
while True:
tok = self.get_token()
kind = tok["kind"]
value = tok["value"]
if kind in ["*", "/"]:
self.move_token()
right = self.parse_factor()
left = BinOp(left, value, right)
else:
break
return left
def parse_factor(self):
"""
F -> '(' E ')' | num | name
"""
tok = self.get_token()
kind = tok["kind"]
value = tok["value"]
if kind == '(':
self.move_token()
expr_node = self.parse_expr()
if self.get_token()["kind"] != ")":
raise Exception("Encounter Error, expected )!")
self.move_token()
return expr_node
if kind == "INT":
self.move_token()
return Constant(value=value)
raise Exception("Encounter Error, unknown factor: ", kind)
if __name__ == "__main__":
# 添加命令行参数解析器
cmd_parser = argparse.ArgumentParser(
description="Simple Expression Interpreter!")
group = cmd_parser.add_mutually_exclusive_group()
group.add_argument("--tokens", help="print tokens", action="store_true")
group.add_argument("--ast", help="print ast in JSON", action="store_true")
cmd_parser.add_argument(
"expr", help="expression, contains ['+', '-', '*', '/', '(', ')', 'num']")
args = cmd_parser.parse_args()
calculator = Calculator(expr=args.expr)
tree = calculator.parse()
if args.tokens: # 输出 tokens
for t in calculator.toks:
print(f"{t['kind']:3s} ==> {t['value']}")
elif args.ast: # 输出 JSON 表示的 AST
print(json.dumps(tree.visit(), indent=4))
else: # 计算结果
print(tree.eval())总结
本来想在前面说一下为什么叫 my_eval.py，但是感觉看到后面的人不多，那就在这里说好了。如果写了一个复杂的表达式，那么怎么验证是否正确的。这里我们直接利用 Python 这个最完美的解释器就好了，哈哈。这里用 Python 的 eval 函数，你当然是不需要调用这个函数，直接复制计算的表达式即可。我用 eval 函数，只是想表达为什么我的程序会叫 my_eval
코드
모든 코드는 여기에 있습니다. my_eval.py 파일 하나만 있으면 됩니다. 복사하여 붙여넣은 다음 데모 단계를 따르세요.
원래는 정규화를 사용하려고 했으나 Calculator의 lexizer 메서드를 사용했습니다. 나는 정규식을 사용하여 단어를 분할합니다(파이썬 공식 문서의 정규식에 간단한 단어 분할 프로그램이 있기 때문입니다). 그런데 다른 사람들이 손으로 분사를 쓰는 걸 보고 나도 똑같이 했는데 기분이 별로 좋지 않았고, 매우 지루하고 오류가 발생하기 쉬웠습니다.
parse 메소드는 주로 표현식의 구조를 분석하고, 4가지 산술 연산의 문법에 맞는지 판단하고, 최종적으로 표현식 트리(AST)를 생성합니다. 🎜rrreee
요약
🎜원래 왜my_eval.py라고 하는지 얘기하고 싶었는데 뒤에 사람이 별로 없는 것 같아서 여기서 말하겠습니다. . 복잡한 표현식을 작성하는 경우 그것이 올바른지 어떻게 확인합니까? 여기서는 가장 완벽한 인터프리터인 Python을 사용하면 됩니다. 하하. 여기서는 Python의 eval 함수가 사용됩니다. 물론 이 함수를 호출할 필요는 없으며 계산된 표현식을 직접 복사하면 됩니다. 나는 단지 내 프로그램이 my_eval이라고 불리는 이유를 표현하기 위해 eval 함수를 사용합니다. 🎜🎜🎜🎜🎜이렇게 구현하면 간단한 4연산 해석기라고 볼 수 있습니다. 하지만 다시 해보면 아마 저처럼 전체적인 과정이 너무 번거롭다고 느끼실 겁니다. 단어 분할 및 문법 분석을 위한 기성 도구가 있고 오류가 발생하지 않기 때문에 작업량을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 도구를 사용하기 전에 최소한 도구의 기능을 이해해야 합니다. 🎜위 내용은 Python을 사용하여 간단한 4개의 산술 인터프리터 구현의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!
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