130242014006-杨俊杰-第二次实验

Posted 2020-10-12

一、实验目的

1．熟悉体系结构的风格的概念

2．理解和应用管道过滤器型的风格。

3、理解解释器的原理

4、理解编译器模型

二、实验环境

硬件： 

软件：Python或任何一种自己喜欢的语言

三、实验内容

1、实现“四则运算”的简易翻译器。

结果要求：

1）实现加减乘除四则运算，允许同时又多个操作数，如：2+3*5-6 结果是11

2）被操作数为整数，整数可以有多位

3）处理空格

4）输入错误显示错误提示，并返回命令状态“CALC”

  图1    实验结果示例

加强练习：

1、有能力的同学，可以尝试实现赋值语句，例如x=2+3*5-6，返回x=11。（注意：要实现解释器的功能，而不是只是显示）

2、尝试实现自增和自减符号，例如x++ 

2、采用管道-过滤器（Pipes and Filters）风格实现解释器

                        图2  管道-过滤器风格

                     图 3  编译器模型示意图

本实验，实现的是词法分析和语法分析两个部分。

四、实验步骤：

     要求写具体实现代码，并根据实际程序，画出程序的总体体系结构图和算法结构图。

package fjnu.test;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Vector;
import java.util.regex.Pattern;

public class Test {
public static void main(String args[]) {

Test test = new Test();
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String str;
while (true) {
System.out.print("calc > ");
str = scanner.nextLine();
try {
System.out.println(test.computeWithVector(str));
}catch (Exception e) {
System.out.println("输入有误！");
}
}
}

/**
* 利用java.util.Vector计算四则运算字符串表达式的值，如果抛出异常，则说明表达式有误，这里就没有控制
* @param computeExpr 四则运算字符串表达式
* @return 计算结果
*/
public double computeWithVector(String computeExpr) {
StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(computeExpr, "+-*/()", true);
Vector<Double> nums = new Vector<Double>();
Vector<Operator> operators = new Vector<Operator>();
Map<String, Operator> computeOper = this.getComputeOper();
Operator curOper;
String currentEle;
while (tokenizer.hasMoreTokens()) {
currentEle = tokenizer.nextToken().trim();
if (!"".equals(currentEle)) {//只处理非空字符
if (this.isNum(currentEle)) { // 数字
nums.add(Double.valueOf(currentEle));
} else { // 非数字，即括号或者操作符
curOper = computeOper.get(currentEle);
if (curOper != null) { // 是运算符
// 运算列表不为空且之前的运算符优先级较高则先计算之前的优先级
while (!operators.isEmpty()
&& operators.lastElement().priority() >= curOper
.priority()) {
compute(nums, operators);
}
// 把当前运算符放在运算符队列的末端
operators.add(curOper);
} else { // 括号
if ("(".equals(currentEle)) { // 左括号时直接放入操作列表中
operators.add(Operator.BRACKETS);
} else {// 当是右括号的时候就把括号里面的内容执行了。
// 循环执行括号里面的内容直到遇到左括号为止。试想这种情况(2+5*2)
while (!operators.lastElement().equals(Operator.BRACKETS)) {
compute(nums, operators);
}
//移除左括号
operators.remove(operators.size()-1);
}
}
}
}
}
// 经过上面代码的遍历后最后的应该是nums里面剩两个数或三个数，operators里面剩一个或两个运算操作符
while (!operators.isEmpty()) {
compute(nums, operators);
}
return nums.firstElement();
}

/**
* 利用java.util.Stack计算四则运算字符串表达式的值，如果抛出异常，则说明表达式有误，这里就没有控制
* java.util.Stack其实也是继承自java.util.Vector的。
* @param computeExpr 四则运算字符串表达式
* @return 计算结果
*/
public double computeWithStack(String computeExpr) {
//把表达式用运算符、括号分割成一段一段的，并且分割后的结果包含分隔符
StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(computeExpr, "+-*/()", true);
Stack<Double> numStack = new Stack<Double>(); //用来存放数字的栈
Stack<Operator> operStack = new Stack<Operator>(); //存放操作符的栈
Map<String, Operator> computeOper = this.getComputeOper(); //获取运算操作符
String currentEle; //当前元素
while (tokenizer.hasMoreTokens()) {
currentEle = tokenizer.nextToken().trim(); //去掉前后的空格
if (!"".equals(currentEle)) { //只处理非空字符
if (this.isNum(currentEle)) { //为数字时则加入到数字栈中
numStack.push(Double.valueOf(currentEle));
} else { //操作符
Operator currentOper = computeOper.get(currentEle);//获取当前运算操作符
if (currentOper != null) { //不为空时则为运算操作符
while (!operStack.empty() && operStack.peek().priority() >= currentOper.priority()) {
compute(numStack, operStack);
}
//计算完后把当前操作符加入到操作栈中
operStack.push(currentOper);
} else {//括号
if ("(".equals(currentEle)) { //左括号时加入括号操作符到栈顶
operStack.push(Operator.BRACKETS);
} else { //右括号时, 把左括号跟右括号之间剩余的运算符都执行了。
while (!operStack.peek().equals(Operator.BRACKETS)) {
compute(numStack, operStack);
}
operStack.pop();//移除栈顶的左括号
}
}
}
}
}
// 经过上面代码的遍历后最后的应该是nums里面剩两个数或三个数，operators里面剩一个或两个运算操作符
while (!operStack.empty()) {
compute(numStack, operStack);
}
return numStack.pop();
}

/**
* 判断一个字符串是否是数字类型
* @param str
* @return
*/
private boolean isNum(String str) {
String numRegex = "^\\\\d+(\\\\.\\\\d+)?$"; //数字的正则表达式
return Pattern.matches(numRegex, str);
}

/**
* 获取运算操作符
* @return
*/
private Map<String, Operator> getComputeOper() {
return new HashMap<String, Operator>() { // 运算符
private static final long serialVersionUID = 7706718608122369958L;
{
put("+", Operator.PLUS);
put("-", Operator.MINUS);
put("*", Operator.MULTIPLY);
put("/", Operator.DIVIDE);
}
};
}

/**
* 取nums的最后两个数字，operators的最后一个运算符进行运算，然后把运算结果再放到nums列表的末端
* @param nums
* @param operators
*/
private void compute(Vector<Double> nums, Vector<Operator> operators) {
Double num2 = nums.remove(nums.size() - 1); // 第二个数字，当前队列的最后一个数字
Double num1 = nums.remove(nums.size() - 1); // 第一个数字，当前队列的最后一个数字
Double computeResult = operators.remove(operators.size() - 1).compute(
num1, num2); // 取最后一个运算符进行计算
nums.add(computeResult); // 把计算结果重新放到队列的末端
}

/**
* 取numStack的最顶上两个数字，operStack的最顶上一个运算符进行运算，然后把运算结果再放到numStack的最顶端
* @param numStack 数字栈
* @param operStack 操作栈
*/
private void compute(Stack<Double> numStack, Stack<Operator> operStack) {
Double num2 = numStack.pop(); // 弹出数字栈最顶上的数字作为运算的第二个数字
Double num1 = numStack.pop(); // 弹出数字栈最顶上的数字作为运算的第一个数字
Double computeResult = operStack.pop().compute(
num1, num2); // 弹出操作栈最顶上的运算符进行计算
numStack.push(computeResult); // 把计算结果重新放到队列的末端
}

/**
* 运算符
*/
private enum Operator {
/**
* 加
*/
PLUS {
@Override
public int priority() {
return 1;
}

@Override
public double compute(double num1, double num2) {
return num1 + num2;
}
},
/**
* 减
*/
MINUS {
@Override
public int priority() {
return 1;
}

@Override
public double compute(double num1, double num2) {
return num1 - num2;
}
},
/**
* 乘
*/
MULTIPLY {
@Override
public int priority() {
return 2;
}

@Override
public double compute(double num1, double num2) {
return num1 * num2;
}
},
/**
* 除
*/
DIVIDE {
@Override
public int priority() {
return 2;
}

@Override
public double compute(double num1, double num2) {
return num1 / num2;
}
},
/**
* 括号
*/
BRACKETS {
@Override
public int priority() {
return 0;
}

@Override
public double compute(double num1, double num2) {
return 0;
}
};
/**
* 对应的优先级
* @return
*/
public abstract int priority();

/**
* 计算两个数对应的运算结果
* @param num1 第一个运算数
* @param num2 第二个运算数
* @return
*/
public abstract double compute(double num1, double num2);
}
}