我的计算器——4 语法分析
来源：互联网 发布：javascript for in循环 编辑：程序博客网 时间：2024/05/18 03:24
根据实际的算术规则，运算符优先级高的要先计算，然后由低优先级的运算符去调用它的运算结果。表现在树视图上就是高优先级的节点是低优先级节点的下级，即优先级越高，其位置越靠近树叶。因为这里采用统一的对象，把所有元素都用TokenRecord表示，所以TokenValue也是有优先级的。而通过对树视图的分析，所有的TokenValue都是处在叶子的位置，则TokenValue的优先级最高。
分析到这里就要用代码实现了。这里需要用到TokenRecord中的优先级Priority属性，还要用到堆栈。和词法分析一样，也是需要用循环依次分析各个TokenRecord。拿上面的TokenRecord列表进行分析，粗体字代表当前分析的TokenRecord。分析的过程中有一个原则叫“高出低入原则”，需要解释一下。
“高出低入原则”是指：
1.栈顶TokenRecord的优先级高于当前TokenRecord的优先级，则将栈顶TokenRecord弹栈（高出）到临时变量。
1.1如果堆栈为空，将临时变量中的TokenRecord加入当前TokenRecord的ChildList中，然后将当前TokenRecord压栈（低入）。
1.2如果堆栈不为空，找出栈顶TokenRecord和当前TokenRecord中优先级高的一个（相同则按栈顶高算），将临时变量中的TokenRecord加入高优先级TokenRecord的ChildList中。再用高出低入原则处理栈顶和当前TokenRecord。
2.栈顶TokenRecord的优先级低于当前TokenRecord的优先级，则将当前TokenRecord直接压栈。
可能文字表述的并不清晰，其中涉及到循环和递归的操作，具体的过程通过下面的例子来讲解。
1.列表分析状态：
TokenValue(3) TokenMultiplay TokenValue(7) …...
堆栈分析：当前堆栈为空，将当前分析的TokenRecord压栈。
TokenValue(3) 栈底
堆栈对应树视图： 2.列表分析状态： TokenValue(3) TokenMultiply TokenValue(7) …... 堆栈分析：栈顶为TokenValue，当前TokenRecord为TokenMultiply，TokenValue优先级最高。遵循高出低入原则，将TokenValue弹栈并添加到TokenMultiply的ChildList中，然后将TokenMultiplay压栈。 TokenMultiply 栈底 堆栈对应树视图： 3.列表分析状态 …... TokenMultiply TokenValue(7) TokenPlus …... 堆栈分析：栈顶为TokenMultiplay，当前TokenRecord为TokenValue，TokenMultiply优先级高于TokenValue，则将TokenValue加入TokenMultiplay的ChildList中。 TokenMultiply 栈底 堆栈对应树视图： 4.列表分析状态 …… TokenValue(7) TokenPlus TokenValue(56) …... 堆栈分析：栈顶为TokenMultiply，当前TokenRecord为TokenPlus，TokenMultiply优先级高于TokenPlus。遵循高出低入原则，将TokenMultiply弹栈并添加到TokenPlus的ChildList中，然后将TokenPlus压栈。 TokenPlus 栈底 堆栈对应树视图： 5.列表分析状态 …… TokenPlus TokenValue(56) TokenDivide …... 堆栈分析：栈顶为TokenPlus，当前TokenRecord为TokenValue，TokenPlus优先级低于TokenValue。遵循高出低入原则，不需要弹栈，直接将TokenValue压栈。 TokenValue(56) TokenPlus 栈底 堆栈对应树视图： 6.列表分析状态 …... TokenValue(56) TokenDivide TokenValue(8) …...
堆栈分析：栈顶为TokenValue，当前TokenRecord为TokenDivide，TokenValue优先级高于TokenDivide。遵循高出低入原则，将TokenValue弹栈并加入TokenDivide的ChildList中。此时栈顶为TokenPlus，TokenDivide优先级高于TokenPlus，遵循高出低入原则，将TokenDivide压栈。
TokenDivide TokenPlus 栈底
堆栈对应树视图：
7.列表分析状态
…... TokenDivide TokenValue(8) TokenMinus …...
堆栈分析：栈顶为TokenDivide，当前TokenRecord为TokenValue，TokenDivide优先级高于TokenValue。遵循高出低入原则，将TokenValue加入TokenDivide的ChildList中。
TokenDivide TokenPlus 栈底
堆栈对应树视图：
8列表分析状态
……
TokenValue(8)
TokenMinus
TokenValue(2)
……
堆栈分析：栈顶为TokenDivide，当前TokenRecord为TokenMinus，TokenDivde优先级高于TokenMinus。遵循高出低入原则，将TokenDivide弹栈到临时变量。检测到堆栈不为空，此时栈顶为TokenPlus，TokenPlus优先级和TokenMinus一样。这里相同优先级的按高优先级处理，遵循高出低入原则，则将临时变量中的TokenDivide加入高优先级TokenPlus的ChildList中。继续用高出低入原则，将TokenPlus弹栈并加入TokenMinus的ChildList中，再将TokenMinus压栈。
TokenMinus 栈底
堆栈对应树视图：
9.列表分析状态
…… TokenMinus TokenValue(2) TokenMultiply ……
堆栈分析：栈顶是TokenMinus，当前TokenRecord是TokenValue，TokenMinus优先级低于TokenValue。遵循高出低入原则，将TokenValue压栈。
TokenValue(2) TokenMinus 栈底
堆栈对应树视图：
10.列表分析状态
…… TokenValue(2) TokenMultiply TokenValue(5)
堆栈分析：栈顶是TokenValue，当前TokenRecord是TokenMultiply，TokenValue优先级高于TokenMultiply。遵循高出低入原则，将TokenValue弹栈到临时变量，检测堆栈不为空，此时栈顶为TokenMinus，TokenMinus优先级低于TokenMultiply，则将临时变量中的TokenValue加入TokenMultiplay的ChildList中。遵循高出低入原则，将TokenMultiplay加入到栈顶TokenMinus的ChildList中。
TokenMultiply TokenMinus 栈底
堆栈对应树视图：
11.列表分析状态
…… TokenValue(2) TokenMultiply TokenValue(5)
堆栈分析：栈顶是TokenMultiply，当前是TokenValue，TokenMultiply优先级高于TokenValue。遵循高出低入原则，将TokenValue加入TokenMultiply的ChildList中。
TokenMultiply TokenMinus 栈底
堆栈对应树视图：
12.堆栈分析：此时列表分析结束，堆栈不为空，需要对堆栈进行处理。经过上面的堆栈分析，遵循高出低入原则，堆栈中的TokenRecord肯定是栈底优先级最低，栈顶优先级最高。只需要将堆栈中的TokenRecord一次弹栈，然后加入到新栈顶的ChildList中即可。最后弹栈的一个TokenRecord就是整个树视图的根节点，也就是返回值。到此，堆栈为空，也得到了预期的树视图，返回根节点TokenRecord即可。
程序中的语法分析放在一个单独的文件中，SyntaxTreeAnalyse.cs，文件中也只有一个SyntaxTreeAnalyse类，专门用于语法树的分析。这个类只有一个入口即一个公开方法SyntaxTreeGetTopTokenAnalyse，传入TokenRecord列表，经过分析后返回一个顶级TokenRecord对象，即树形结构的根节点。具体代码如下：
////// 语法树分析 /// /// Author:Alex Leo @ ConExpress internal class SyntaxTreeAnalyse { /// /// 记号段提取，提取顶级操作记号的Hash /// /// 起始序号 /// 结束序号 /// 传入记号段的顶级操作记号记录对象的Hash /// Author:Alex Leo @ ConExpress internal static TokenRecord SyntaxTreeGetTopTokenAnalyse(List TokenList, int IndexStart, int IndexEnd) { int intIndexCurrent = IndexStart;//当前处理序号 int intIndexSubStart = IndexStart;//子记号段的起始序号 TokenRecord Token;//获取当前Token Stack StackCompart = new Stack ();//括号堆栈 Stack StackOperate = new Stack ();//操作记号堆栈 for (int intIndex = IndexStart; intIndex <= IndexEnd; intIndex++) { Token = TokenList[intIndex]; intIndexCurrent = intIndex; if (Token is TokenLeftBracket) { StackCompart.Push(TokenList[intIndexCurrent]);//把左括号压栈 //获取该括号对中包含的记号段 intIndexSubStart = intIndexCurrent + 1;//设置子记号段的起始序号 //提取记号段 //如果语法错误，比如在记号段的末尾没有配对的右括号记号，则会出错，这里假设为语法正确 while (StackCompart.Count > 0) { intIndexCurrent += 1; if (intIndexCurrent >= TokenList.Count) { //Error or auto add lossed bracket throw new Exception(string.Format("语法错误，列{0}，缺少配对的括号。", Token.Index.ToString())); } if (TokenList[intIndexCurrent] is TokenLeftBracket) { StackCompart.Push(TokenList[intIndexCurrent]); } else if (TokenList[intIndexCurrent] is TokenRightBracket) { StackCompart.Pop(); } } Token.ChildList.Add(SyntaxTreeGetTopTokenAnalyse(TokenList, intIndexSubStart, intIndexCurrent - 1)); intIndex = intIndexCurrent;//移动序号到当前序号 SyntaxTreeStackAnalyse(StackOperate, Token); }//if token is TokenLeftBracket else if (Token is TokenMethod)//方法处理 { //检查方法后是否接着左括号 if (intIndexCurrent >= IndexEnd || !(TokenList[intIndexCurrent + 1] is TokenLeftBracket)) { throw new ArgumentException(string.Format("语法错误，列{0}，方法后缺少括号。",Token.Index.ToString())); } intIndexSubStart = intIndexCurrent;//设置子记号段的起始序号 intIndexCurrent += 1;//指针后移 StackCompart.Push(TokenList[intIndexCurrent]);//把左括号压栈 //提取记号段 //如果语法错误，比如在记号段的末尾没有配对的右括号记号，则会出错，这里假设为语法正确 while (StackCompart.Count > 0) { intIndexCurrent += 1; if (intIndexCurrent >= TokenList.Count) { //Error or auto add lossed bracket throw new Exception(string.Format("语法错误，列{0}，缺少配对的括号。", Token.Index.ToString())); } if (TokenList[intIndexCurrent] is TokenLeftBracket) { StackCompart.Push(TokenList[intIndexCurrent]); } else if (TokenList[intIndexCurrent] is TokenRightBracket) { StackCompart.Pop(); } } SyntaxTreeMethodAnalyse(TokenList, intIndexSubStart, intIndexCurrent);//分析方法记号段 intIndex = intIndexCurrent;//移动序号到当前序号 SyntaxTreeStackAnalyse(StackOperate, Token); }//if token is TokenKeyword else if (Token is TokenSymbol || Token is TokenValue) { SyntaxTreeStackAnalyse(StackOperate, Token); } else { //不做处理 throw new ArgumentException(string.Format("语法错误，列{0}，运算符位置错误。", Token.Index.ToString())); } } return SyntaxTreeStackGetTopToken(StackOperate);//返回顶级记号Hash } /// /// 方法记号段分析（处于括号中间的代码段） /// /// 记号列表 /// 括号开始的序号 /// 括号结束的序号 /// 只处理完整的方法段，比如if(...), round(...) /// Author:Alex Leo @ ConExpress private static void SyntaxTreeMethodAnalyse(List ListToken, int IndexStart, int IndexEnd) { int intIndexSubStart = IndexStart;//子记号段的起始序号 intIndexSubStart = IndexStart + 2;//移动子记号段的开始序号到括号后面 int intIndexSubEnd = IndexEnd;//子记号段的结束序号 TokenRecord TokenMethod = ListToken[IndexStart];//方法记号对象 TokenRecord TokenCurrent;//获取当前Token Stack StackCompart = new Stack ();//分隔符堆栈 for (int intIndex = IndexStart; intIndex <= IndexEnd; intIndex++) { TokenCurrent = ListToken[intIndex]; if (TokenCurrent is TokenLeftBracket) { StackCompart.Push(TokenCurrent); } else if (TokenCurrent is TokenRightBracket) { StackCompart.Pop(); if (StackCompart.Count == 0)//如果是最后一个右括号 { intIndexSubEnd = intIndex - 1;//设置段结束序号 TokenMethod.ChildList.Add(SyntaxTreeGetTopTokenAnalyse(ListToken, intIndexSubStart, intIndexSubEnd));//递归 } } else if (TokenCurrent is TokenComma) { if (StackCompart.Count == 1)//如果是方法的子段 { intIndexSubEnd = intIndex - 1;//设置段结束序号 TokenMethod.ChildList.Add(SyntaxTreeGetTopTokenAnalyse(ListToken, intIndexSubStart, intIndexSubEnd));//递归 intIndexSubStart = intIndex + 1;//把子记号段序号后移 } } else { //不作处理 } } } /// /// 语法树堆栈分析，基于记号的优先级 /// /// 语法树堆栈 /// 新记号 /// Author:Alex Leo @ ConExpress private static void SyntaxTreeStackAnalyse(Stack SyntaxTreeStack, TokenRecord NewToken) { if (SyntaxTreeStack.Count == 0)//如果语法树堆栈中不存在记号，则直接压栈 { SyntaxTreeStack.Push(NewToken); } else//否则，比较优先级进行栈操作 { //比较优先级，如果新Token优先级高，则压栈； //如果新Token优先级低，则弹栈，把弹出的Token设置为新Token的下级，并把新Token压栈； //相同优先级也弹栈，并将新Token压栈 //if (this.m_DicTokenTypePriority[SyntaxTreeStack.Peek().TokenType] < this.m_DicTokenTypePriority[NewToken.TokenType])//低进 if (SyntaxTreeStack.Peek().Priority < NewToken.Priority)//低进 { SyntaxTreeStack.Push(NewToken);//低进 } else { TokenRecord TempToken = null; //如果堆栈中有记号，并且栈顶的记号优先级大于等于新记号的优先级，则继续弹栈 while (SyntaxTreeStack.Count > 0 && (SyntaxTreeStack.Peek().Priority >= NewToken.Priority)) { TempToken = SyntaxTreeStack.Pop(); if (SyntaxTreeStack.Count > 0)//检测栈顶是否可能为空，如果为空则退出 { if (SyntaxTreeStack.Peek().Priority >= NewToken.Priority) { SyntaxTreeStack.Peek().ChildList.Add(TempToken);//把临时记号的Hash添加到上级Hash中 } else { NewToken.ChildList.Add(TempToken); } } else { NewToken.ChildList.Add(TempToken); } } SyntaxTreeStack.Push(NewToken);//压栈 } } } /// /// 获取语法树堆栈的顶级记号 /// /// 语法树堆栈 /// 顶级记号Hash /// Author:Alex Leo @ ConExpress private static TokenRecord SyntaxTreeStackGetTopToken(Stack SyntaxTreeStack) { TokenRecord TempToken; TempToken = SyntaxTreeStack.Pop(); while (SyntaxTreeStack.Count > 0) { SyntaxTreeStack.Peek().ChildList.Add(TempToken); TempToken = SyntaxTreeStack.Pop(); } return TempToken; } }
代码中对括号进行了特殊处理，遇到左括号之后需要查找到配对的右括号，然后对这一段调用SyntaxTreeGetTopTokenAnalyse进行递归处理，找出括号中的顶级节点。而对于方法也需要特殊处理，方法必须带括号，而且括号中不止一个根节点。处理过程是以逗号为分隔符，依次找出括号中的几个节点，然后添加到方法的ChildList中。实际的代码在SyntaxTreeMethodAnalyse方法中实现。
这一篇写的我自己都头晕了，呵呵，堆栈一个个分析，截图都烦死了。代码里方法互相递归调用，也是比较让人容易头晕的，希望有人能看懂吧。
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