python的簡單四則運算語法樹視覺化怎麼實現

簡單四則運算語法樹視覺化

如果想要動手嘗試一下，就需要安裝一下這個 python 視覺化函式庫。

解析 AST

Python 的 ast 函式庫有一個 parse 方法，可以把傳入的內容，解析成一個 AST。然後我們使用 ast.dump 將其匯出並列印。
注意：indent 這個參數是 Python 3.9 以後才有的，如果版本低的話，可以去掉，只會影響最後輸出的格式。

好了，就是這麼簡單。我們已經做到了，因為這個函式庫的功能很強大，但這裡只是用到一點點而已。其實這裡已經可以看出基本的結構了，不過我的目的是生成這棵樹的 JSON 表示。我想要使​​用上面的Python 繪圖庫把它繪製出來，它所支援的輸入是JSON，並且它的格式為：

{
	"name": "A",
	"children": [
		"name": "B",
		"children": []
	]
}

粗糙的遍歷方法

"""
Python's AST
利用 Python 的 ast 模块来解析表达式（简单的二元运算），
然后通过遍历语法树来生成 JSON 表示，再使用 PYthon 的库来
将其可视化。这个程序的目的是为了验证自己写的简易解析器是否正确。
"""

import ast
import json


# 操作类型和操作符映射的字典
OPERATORS = {
    ast.Add: "+",
    ast.Sub: "-",
    ast.Mult: "*",
    ast.Div: "/"
}


def generate(tree: ast.Module):
    """
    generate expression AST's representation of JSON
    """
    if not tree:
        raise Exception("Emtpy AST tree!")
    if tree.__class__ == ast.Module:
        print(json.dumps({
            "name": "Expr",
            "children": [DFS(tree.body[0].value)]  # type: ignore
        }, indent=4))


def DFS(node):
    """
    DFS AST
    """
    if not node:
        return {}

    if node.__class__ == ast.BinOp:
        return {
            "name": "BinOp",
            "children": [
                {
                    "name": "left",
                    "children": [
                        DFS(node.left)
                    ]
                },
                DFS(node.op),
                {
                    "name": "left",
                    "children": [
                        DFS(node.right)
                    ]
                }
            ]
        }

    if node.__class__ == ast.Constant:
        return {
            "name": "NUMBER",
            "children": [
                {
                    "name": str(node.value)  # Python 的绘图库，必须是字符串才能正常显示
                }
            ]
        }

    if node.__class__ in [ast.Add, ast.Sub, ast.Mult, ast.Div]:
        return {
            "name": "Op",
            "children": [
                {
                    "name": OPERATORS[node.__class__]
                }
            ]
        }

    # 这里我只处理 加减乘除和数字类型的运行
    raise Exception("There is not support extra type.")


if __name__ == "__main__":
    ast_tree = ast.parse("1+2+3+4+5")
    print(ast.dump(ast_tree, indent=4))
    generate(ast_tree)

運行結果：
我這裡會輸出兩個東西，一個是AST 的dump；另一個是AST 的JSON 表示（邏輯結構的JSON 表示，不是物件的JSON 表示）。

渲染顯示

把列印出來的 JSON 字串複製進文件，命名為 data.json。我感覺直接輸出到控制台蠻有意思的，我喜歡直接看到它的結果。
執行以下指令：pytm-cli -d TB -i data.json -o demo.html
在瀏覽器開啟demo.html 即可看到效果了。

主流的遍歷方法

上面這種遍歷方法雖然便於理解，但是難以擴展。 AST 通常是透過 訪客模式 進行遍歷的，而且 ast 庫也提供了幾種遍歷方法。
因為這裡只需要遍歷來產生 JSON，所以不需要修改AST本身，所以我們只看下面這兩種。顯然第一種是不能用的，原因已經被藍色標記出來了。它自己說瞭如果你不關心上下文，因為生成 JSON 實際上是需要關注這個的。所以，我選擇下面的 ast.NodeVisitor。使用它也很簡單，繼承這個類，然後對不同的節點寫不同的處理邏輯就行了（這樣把不同節點的邏輯分開了，降低了程式碼的耦合性）。

完整程式碼

"""
Python's AST
利用 Python 的 ast 模块来解析表达式（简单的二元运算），
然后通过遍历语法树来生成 JSON 表示，再使用 PYthon 的库来
将其可视化。这个程序的目的是为了验证自己写的简易解析器是否正确。
"""

import ast
import json


# 操作类型和操作符映射的字典
OPERATORS = {
    ast.Add: "+",
    ast.Sub: "-",
    ast.Mult: "*",
    ast.Div: "/"
}

class JSONVisitor(ast.NodeVisitor):
    """
    JSON visitor: Traversal AST and generate JSON representation
    """

    def visit_Module(self, node):
        module = {
            "name": "Module",
            "children": []
        }
        for sub_node in node.body:
            module["children"].append(self.visit(sub_node))

        return module

    def visit_Expr(self, node):
        return {
            "name": "Expr",
            "children": [
                self.visit(node.value)
            ]
        }

    def visit_BinOp(self, node):
        return {
            "name": "BinOp",
            "children": [
                {
                    "name": "left",
                    "children": [
                        self.visit(node.left)
                    ]
                },
                self.visit(node.op),
                {
                    "name": "right",
                    "children": [
                        self.visit(node.right)
                    ]
                }
            ]
        }

    def visit_Constant(self, node):
        return {
            "name": "NUMBER",
            "children": [{
                "name": str(node.value)  # # Python 的绘图库，必须是字符串才能正常显示
            }]
        }

    def visit_Add(self, node):
        return self.__visit(node)

    def visit_Sub(self, node):
        return self.__visit(node)

    def visit_Mult(self, node):
        return self.__visit(node)

    def visit_Div(self, node):
        return self.__visit(node)

    def __visit(self, node):
        return {
            "name": "Op",
            "children": [{
                "name": OPERATORS[node.__class__]
            }]
        }


if __name__ == "__main__":
    ast_tree = ast.parse("1+2+3+4+5")
    visitor = JSONVisitor()
    json_str = visitor.visit(ast_tree)
    print(json.dumps(json_str, indent=4))

前面那個粗糙版本是直接從Expr 開始的，這個優雅點的版本，我就把Module 節點也加入進去了。

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