计算器的简单实现

一直对编译器比较感兴趣, 就通过写一个计算器来探讨编译怎么实现的。

总共分为3块: 

1. 词法解析

把输入的字符串,进行分类, 切割成各种token。例如 变量, '+’, ‘-',  数字等。

2. 语法分析

根据token的结构, 得到语法分析树。 简单点讲就是通过token的结构得到得到命令以及对应的参数。这些命令以及按优先级, 结合顺序排好序了。

3. 执行。

执行命令。

实现思路:

词法分析:

输入 token类型 token值
空格,\t 过滤  
换行符 过滤  
数字 INT 转成整形对应的值
+ ADD +

词法分析:

1. 表达式可以扩展怎么解析 -- 递归下降解析。

2. 优先级怎么实现 -- 优先级低的递归调用优先级高的解析。

3. 操作符结合性解析 -- 调整输出顺序。

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执行:

词法分析之后输出逆波兰式容易执行了, 新建1个缓存堆栈,从左到右扫描这个逆波兰式, 遇到数值就入堆栈, 遇到操作符就运行, 操作数根据操作符需要的参数个数从堆栈中取, 执行完结果再入堆栈。 知道扫描完这个逆波兰式, 得到的栈顶元素就是执行结果。

词法分析

package test;


import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class StringToTokens {
		
	public List<Token> parse(String express) throws Exception {		
		
		int currentIndex = 0;
		List<Token> tokens = new ArrayList<>();
		
		for(currentIndex = 0; currentIndex < express.length(); currentIndex++) {
			char c = express.charAt(currentIndex);
			if(c == ' ')
				continue;
			
			if(isAlphabet(c)) {
				throw new Exception("unsupport alphabet");
			} else if(isDigit(c)) {
				int beginIndex = currentIndex;
				while (currentIndex < express.length() && isDigit(express.charAt(currentIndex))) {					
					currentIndex++;
				}
				int endIndex = currentIndex;
				tokens.add(new Token(TokenType.INT, Integer.valueOf(express.substring(beginIndex, endIndex))));
				--currentIndex;
			} else if(c == '+') {
				tokens.add(new Token(TokenType.ADD, c));
			} else if(c == '-') {
				tokens.add(new Token(TokenType.SUB, c));
			} else if(c == '*') {
				tokens.add(new Token(TokenType.MUL, c));
			} else if(c == '/') {
				tokens.add(new Token(TokenType.DIV, c));
			} else if(c == '(') {
				tokens.add(new Token(TokenType.LEFTPARENT, c));
			} else if(c == ')') {
				tokens.add(new Token(TokenType.RIGHTPARENT, c));
			} else {
				tokens.add(new Token(TokenType.UNKNOWN, c));
			}
		}
		
		tokens.add(new Token(TokenType.EOF, 0));
		return tokens;
	}
	
	private boolean isAlphabet(char c) {
		return ((c >= 'a' && c <= 'z') || (c >= 'A' && c <= 'Z'));
	}
	
	private boolean isDigit(char c) {
		return c >= '0' && c <= '9';
	}
}

2. 语法分析及运行

package test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;

public class Express {
	
	private String express;
	private List<Token> tokens;
	private int currentIndex;
	private List<Token> parseResults = new ArrayList<>();
	private Stack<Integer> temporaryResults = new Stack<>();
	
	public Express(String express) {
		this.express = express;
	}
	
	public static void main(String args[]) {
		Express express = new Express("3 + 4 * (1 + 2) - 6");
//		Express express = new Express("3 + 4");
		express.parse();
		express.execute();
	}
	
	public void parse() {
		try {
			tokens = new StringToTokens().parse(express);
			currentIndex = 0;
			parseIter();
			match(TokenType.EOF);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		
	}
	
	public void parseIter() {
		term();addAndSub();
	}
	
	private void term() {
		factor(); mulAndDiv();
	}
	
	private void addAndSub() {
		Token currentToken = tokens.get(currentIndex);
		switch(currentToken.getType()) {
		case ADD:
		case SUB:
			match(currentToken.getType());term();pushParseResult(currentToken);addAndSub();
			break;
		default:
			return ;	
		}
	}
	
	private void mulAndDiv() {
		Token currentToken = tokens.get(currentIndex);
		switch(currentToken.getType()) {
		case MUL:
		case DIV:
			match(currentToken.getType());factor();pushParseResult(currentToken);mulAndDiv();
			break;
		default:
			return ;	
		}
	}
	
	private void factor() {
		Token currentToken = tokens.get(currentIndex);
		switch(currentToken.getType()) {
		case INT:
			match(TokenType.INT);pushParseResult(currentToken);
			break;
		case LEFTPARENT:
			match(TokenType.LEFTPARENT);parseIter(); match(TokenType.RIGHTPARENT);
			break;
		default:
			throw new RuntimeException("Grammatical errors");
		}
	}
	
	public void execute() {
		for(Token parseResult: parseResults) {
			if(parseResult.getType() == TokenType.INT) {
				temporaryResults.push(parseResult.getValue());
			} else {
				int b = temporaryResults.pop();
				int a = temporaryResults.pop();
				switch (parseResult.getType()) {
				case ADD:
					temporaryResults.push(add(a, b));
					break;
				case SUB:
					temporaryResults.push(sub(a, b));
					break;
				case MUL:
					temporaryResults.push(mul(a, b));
					break;
				case DIV:
					temporaryResults.push(div(a, b));
					break;
				default:
					throw new RuntimeException(parseResult.getType().toString());
				}
			}
		}
		System.out.println("result: " + temporaryResults.pop());
	}
	
	public int add(int a, int b) {
		return a + b;
	}
	
	public int sub(int a, int b) {
		return a - b;
	}
	
	public int mul(int a, int b) {
		return a * b;
	}
	
	public int div(int a, int b) {
		return a / b;
	}
	
	private void match(TokenType type) {
		if(tokens.get(currentIndex).getType() != type) {
			throw new RuntimeException("Grammatical errors");
		}
		currentIndex++;
	}
	
	private void pushParseResult(Token token) {
		parseResults.add(token);
	}
}

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