Javascript实现运算符重载

Posted 2020-10-27

最近要做数据处理，自定义了一些数据结构，比如Mat,Vector,Point之类的，对于加减乘除之类的四则运算还要重复定义，代码显得不是很直观，javascript没有运算符重载这个像C++、C#之类的功能的确令人不爽，于是想“曲线救国”，自动将翻译代码实现运算符重载，实现思路其实很简单，就是编写一个解释器，将代码编译。例如：
S = A + B (B - C.fun())/2 + D
翻译成
`S = replace(replace(A, ‘+‘, replace(replace(B,‘‘,(replace(B,‘-‘,C.fun())))),‘/‘,2),‘+‘,D)`
在replace函数中我们调用对象相应的运算符函数,replace函数代码如下：

/**
 * 转换方法
 * @param a
 * @param op
 * @param b
 * @returns {*}
 * @private
 */
export function __replace__(a,op,b){
    if(typeof(a) != ‘object‘ && typeof(b) != ‘object‘){
        return new Function(‘a‘,‘b‘,‘return a‘ + op + ‘b‘)(a,b)
    }
    if(!Object.getPrototypeOf(a).isPrototypeOf(b)
        && Object.getPrototypeOf(b).isPrototypeOf(a)){
        throw ‘不同类型的对象不能使用四则运算‘
    }
    let target = null
    if (Object.getPrototypeOf(a).isPrototypeOf(b)) {
        target = new Function(‘return ‘ + b.__proto__.constructor.name)()
    }
    if (Object.getPrototypeOf(b).isPrototypeOf(a)) {
        target =  new Function(‘return ‘ + a.__proto__.constructor.name)()
    }
    if (op == ‘+‘) {
        if (target.__add__ != undefined) {
            return target.__add__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() +‘\n未定义__add__方法‘
        }
    }else if(op == ‘-‘) {
        if (target.__plus__ != undefined) {
            return target.__plus__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__plus__方法‘
        }
    }else if(op == ‘*‘) {
        if (target.__multiply__ != undefined) {
            return target.__multiply__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__multiply__方法‘
        }
    } else if (op == ‘/‘) {
        if (target.__divide__ != undefined) {
            return target.__divide__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__divide__方法‘
        }
    } else if (op == ‘%‘) {
        if (target.__mod__ != undefined) {
            return target.__mod__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__mod__方法‘
        }
    } else if(op == ‘.*‘) {
        if (target.__dot_multiply__ != undefined) {
            return target.__dot_multiply__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__dot_multiply__方法‘
        }
    } else if(op == ‘./‘) {
        if (target.__dot_divide__ != undefined) {
            return target.__dot_divide__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__dot_divide__方法‘
        }
    } else if(op == ‘**‘) {
        if (target.__power__ != undefined) {
            return target.__power__(a, b)
        }else {
            throw target.toString() + ‘\n未定义__power__方法‘
        }
    }else {
        throw op + ‘运算符无法识别‘
    }
}

replace实现非常简单，不做过多解释，重要的部分是如何实现代码的编译。大学学习数据结构时四则运算的实现就是这翻译的基础，略微有些差异。简单描述一下流程：
1、分割表达式，提取变量和运算符获得元数组A
2、遍历元数组

• 如果元素是运算符加减乘除，则从堆栈中弹出上一个元素，转换为replace(last,操作符,
• 如果元素是‘）’,则从堆栈中弹出元素，拼接直到遇到‘(‘，并压入堆栈。这里需要注意‘（’元素前是否为函数调用或replace，如果是函数调用或replace，则需要继续向前弹出数据，闭合replace函数的闭合。
• 如果是一般元素，则查看前一个元素是否replace，如果是，则需要拼接‘)’使得replace函数闭合，否则直接将元素压入栈。
  3、将2步骤中得到的栈顺序组合就得到编译后的表达式。

依据上述流程，实现代码：

/**
 * 表达式转换工具方法
 * @param code
 */
export function translate (code) {
    let data = []
    let tmp_code = code.replace(/\s/g,‘‘)
    let tmp = []
    let vari = tmp_code.split(/["]+[^"]*["]+|[‘]+[^‘]*[‘]+|\*\*|\+|-|\*|\/|\(|\)|\?|>[=]|<[=]|={2}|:|&{2}|\|{2}|\{|\}|=|%|\.\/|\.\*|,/g)
    let ops = tmp_code.match(/["]+[^"]*["]+|[‘]+[^‘]*[‘]+|\*\*|\+|-|\*|\/|\(|\)|\?|>[=]|<[=]|={2}|:|&{2}|\|{2}|\{|\}|=|%|\.\/|\.\*|,/g)
    for (let i = 0,len = ops.length; i < len; i++) {
        if (vari[i] != ‘‘) {
            tmp.push(vari[i])
        }
        if (ops[i] != ‘‘) {
            tmp.push(ops[i])
        }
    }
    tmp.push(vari[ops.length])
    for (let i = 0; i < tmp.length; i++){
        let item = tmp[i]
        if(/\*\*|\+|-|\*|\/|%|\.\/|\.\*/.test(tmp[i])) {
            let top = data.pop()
            let trans = ‘__replace__(‘ + top + ‘,\‘‘ + tmp[i] + ‘\‘,‘
            data.push(trans)
        }else{
            if (‘)‘ == tmp[i]) {
                let trans0 = tmp[i]
                let top0 = data.pop()
                while (top0 != ‘(‘) {
                    trans0 = top0 + trans0
                    top0 = data.pop()
                }
                trans0 = top0 + trans0
                let pre = data[data.length - 1]
                while(/[_\w]+[\.]?[_\w]+/.test(pre)
                && !/^__replace__\(/.test(pre)
                && pre != undefined) {
                    pre = data.pop()
                    trans0 = pre + trans0
                    pre = data[data.length - 1]
                }
                pre = data[data.length - 1]
                while(pre != undefined
                && /^__replace__\(/.test(pre)){
                    pre = data.pop()
                    trans0 = pre + trans0 + ‘)‘
                    pre = data[data.length - 1]
                }
                data.push(trans0)
            }else {
                let pre = data[data.length - 1]
                let trans1 = tmp[i]
                while(pre != undefined
                && /^__replace__\(/.test(pre)
                && !/\*\*|\+|-|\*|\/|\(|\?|>[=]|<[=]|={2}|:|&{2}|\|{2}|\{|=|\}|%|\.\/|\.\*/.test(item)
                && !/^__replace__\(/.test(item)) {
                    if(tmp[i + 1] == undefined){
                        pre = data.pop()
                        trans1 = pre + trans1 + ‘)‘
                        break;
                    }else{
                        pre = data.pop()
                        trans1 = pre + trans1 + ‘)‘
                        pre = data[data.length - 1]
                    }

                }
                data.push(trans1)

            }
        }
    }
    let result = ‘‘
    data.forEach((value, key, own) => {
        result += value
    })
    return result
}

表达式编译的方法写好了，接下来就是如何使编写的代码被我们的翻译机翻译，也就是需要一个容器，两种方法：一种就是类构造器重新定义方法属性，另一种就是将代码作为参数传入我们自定义的方法。接下来介绍一下类构造器中重新定义方法：

export default class OOkay {
    constructor () {
        let protos = Object.getOwnPropertyNames(Object.getPrototypeOf(this))
        protos.forEach((proto, key, own) => {
            if(proto != ‘constructor‘){
                Object.defineProperty(this, proto, {
                    value:new Function(translate_block(proto, this[proto].toString())).call(this)
                })
            }
        })
    }
}

由上面可以看出，我们使用Object.defineProperty在构造器中重新定义了，translate_block是对整个代码块分割得到进行翻译，代码如下：

/**
 * 类代码块转换工具
 * @param name
 * @param block
 * @returns {string}
 */
export function translate_block (name , block) {
    let codes = block.split(‘\n‘)
    let reg = new RegExp(‘^‘ + name + ‘$‘)
    console.log(reg.source)
    codes[0] = codes[0].replace(name,‘function‘)
    for(let i = 1; i < codes.length; i++) {
        if (codes[i].indexOf(‘//‘) != -1) {
            codes[i] = codes[i].substring(0,codes[i].indexOf(‘//‘))
        }
        if(/\*\*|\+|-|\*|\/|%|\.\/|\.\*/g.test(codes[i])){
            if (codes[i].indexOf(‘return ‘) != -1) {
                let ret_index = codes[i].indexOf(‘return ‘) + 7
                codes[i] = codes[i].substring(0,ret_index) + translate(codes[i].substring(ret_index))
            }else {
                let eq_index = codes[i].indexOf(‘=‘) + 1
                codes[i] = codes[i].substring(0,eq_index) + translate(codes[i].substring(eq_index))
            }
        }
    }
    return ‘return ‘ + codes.join(‘\n‘)
}

对于新的类，我们只要继承OOkay类就可以在该类中使用运算符重载。对于继承自非OOkay类的，我们可以采用注入的方式,如下：

/**
     * 非继承类的注入方法
     * @param target
     */
    static inject (target) {
        let protos = Object.getOwnPropertyNames(Object.getPrototypeOf(target))
        protos.forEach((proto, key, own) => {
            if (proto != ‘constructor‘) {
                Object.defineProperty(target, proto, {
                    value:new Function(translate_block(proto, target[proto].toString())).call(target)
                })
            }
        })
    }

对于非类中的代码，我们需要一个容器，这里我采用了两种方式，一种以ookay脚本的方式使用，像这样
<script type=‘text/ookayscript‘>
let a = a+b // a、b为对象实例
</script>
还有就是将代码作为参数传入__$$__方法，该方法编译代码并执行，如下：

static __$__(fn) {
        if(!(fn instanceof Function)){
            throw ‘参数错误‘
        }
        (new Function(translate_block(‘function‘,fn.toString()))).call(window)()
    }

这样就实现了运算符的重载，该模块的使用可以参考git
git地址：https://gitee.com/djxfire/javascript_operator_overloading.git请添加链接描述