怎么使用Python制作一个极简四则运算解释器
本篇内容主要讲解“怎么使用Python制作一个极简四则运算解释器”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“怎么使用Python制作一个极简四则运算解释器”吧!
计算功能演示
这里先展示了程序的帮助信息，然后是几个简单的四则运算测试，看起来是没问题了（我可不敢保证，程序没有bug！）。
输出 tokens
输出 AST
这个格式化的 JSON 信息太长了，不利于直接看到。我们将它渲染出来看最后生成的树形图（方法见前两个博客）。保存下面这个 JSON 在一个文件中，这里我叫做 demo.json，然后执行如下命令：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）。
"""GrammarG -> EE -> T E'E' -> '+' T E' | '-' T E' | ɛT -> F T'T' -> '*' F T' | '/' F T' | ɛF -> '(' E ')' | num | name"""import jsonimport argparseclass 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 这个名字。
这样实现下来，也算是完成了一个简单的四则运算解释器了。不过，如果你也做一遍的话，也估计会和我一样感觉到整个过程很繁琐。因为分词和语法解析都有现成的工具可以来完成，而且不容易出错，可以大大减少工作量。不过，自己来一遍也是很有必要的，在使用工具之前，至少也要了解工具的作用。
到此，相信大家对“怎么使用Python制作一个极简四则运算解释器”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是编程网网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！
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