表达式计算器的设计与实现
一、 字符集定义
1． <字符> → <数字>│<单界符>│.
2． <数字> → 0│<非零数字>
3． <非零数字>→ 1│2│…│9
4． <单界符> →<运算符>│(│)
5． <运算符> → +│-│*│/
二、 单词集定义
6．<单词> → <单界符>│<常数>
7．<常数> → <无符号整数>│<无符号浮点数>
8．<无符号整数> →0│<非零整数>
9．<非零整数> → <非零数字> <数字串>
10．<数字串> → <数字> <数字串>│NULL
11．<无符号浮点数> →<无符号整数>. <数字> <数字串>
三、 数据类型定义
12．<类型> → int│double
四、 表达式定
13．<算术表达式> → <项> + <算术表达式>│<项> - <算术表达式>│<项>
14．<项> → <因子> * <项>│<因子> / <项>│<因子>
15．<因子> → <算数量>│- <因子>
16．<算术量> → <常数>│（ <算术表达式> ）
E T E E T T
<算术表达式> → <项> + <算术表达式>│<算术表达式>-<项>│<项>
T F T F T F
<项> → <因子> * <项>│<因子> / <项>│<因子>
F i F
<因子> → <常数>│- <因子>
核心代码：
（词法分析类Build.java）
1 package util; 2 3 4 5 6 public class Build { 7 //下标 8 private int i; 9 10 //存储读取的字符 11 private char ch; 12 13 //将输入自符串转为字符数组 14 private char[] input_array; 15 16 //截取存储字符串 17 private String s; 18 //记录上一次运算符出现的位置 19 private int lastSingle; 20 private String input; 21 public Build(String input){ 22 this.input_array = input.toCharArray(); 23 this.input=input; 24 ch=input_array[0]; 25 this.i=0; 26 this.lastSingle=-1; 27 } 28 29 30 31 //词法分析函数 32 public int getsym(){ 33 34 35 36 //i=0时，首字符为小数点,+,-，*，/抛出错误 37 if(BuildUtils.throwFirstSigleError(ch)){ 38 //将此次非法标识符出现的位置存储到lastSingle 39 lastSingle=0; 40 i++; 41 } 42 43 44 while(i<input.length()){//外层循环用于判断是何种别的单词 45 46 ch=input_array[i]; 47 while(ch==' '||ch==10||ch==13||ch==9){//换行，空格，回车和tab 48 49 ch=input_array[i++];//取下一个字符到ch 50 51 } 52 53 if(ch>='0'&&ch<='9'){ //检测是否为数字，如果为数字测需要分段存储数字串 54 if(ch=='0'){//如果为0 55 i++; 56 if(i<input.length()) ch=input_array[i];//取下一个字符到ch 57 else{ 58 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i);break; 59 } 60 if(ch=='.'){//为小数点 61 i++; 62 if(i<input.length()) ch=input_array[i]; 63 else{ 64 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i);break; 65 }//取下一个字符到ch 66 if(ch>='0'&&ch<='9'){//取下一个字符到ch//小数点后面的数字 67 i++; 68 if(i<input.length()) ch=input_array[i]; 69 else{ 70 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i);break; 71 }//取下一个字符到ch//小数点后面的后面 72 if(ch>='0'&&ch<='9'){ 73 while(ch>='0'&&ch<='9') { 74 i++; 75 if(i<input.length()) ch=input_array[i]; 76 else{ 77 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i);break; 78 } 79 80 }//当1-9后面字符为0-9时自动机一直空转循环 81 82 }else{ 83 continue;//提前返回至for循环，判断下次输入(最后转至终态) 84 } 85 86 87 }else{//在小数点后面出现了非法字符 88 System.out.println("ERROR:\n小数点后出现了字符"+String.valueOf(ch)); 89 Analyze.lastAnayScuccess=false; 90 lastSingle=i; 91 continue; 92 } 93 }else{//不为小数点 94 continue; 95 } 96 97 98 99 }else{//如果为1-9 100 i++; 101 if(i<input.length()) ch=input_array[i];//取下一个字符到ch//1-9的下一个字符 102 else{ 103 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle+1, i);break; 104 } 105 if(ch>='0'&&ch<='9'){ 106 while(ch>='0'&&ch<='9') { 107 i++; 108 if(i<input.length()) ch=input_array[i]; 109 else { 110 if(lastSingle==-1) {BuildUtils.getEndSingle(input, 0, i); break;} 111 else 112 {BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i); break;} 113 } 114 }//当1-9后面字符为0-9时自动机一直空转循环 115 116 117 118 }else if(ch=='.'){ 119 i++; 120 if(i<input.length()) ch=input_array[i];//取下一个字符到ch 121 if(ch>='0'&&ch<='9'){//取下一个字符到ch//小数点后面的数字 122 123 i++; 124 if(i<input.length())ch=input_array[i];//取下一个字符到ch//小数点后面的后面 125 else{ 126 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i); break; 127 } 128 129 if(ch>='0'&&ch<='9'){ 130 while(ch>='0'&&ch<='9') { 131 i++; 132 if(i<input.length()) ch=input_array[i]; 133 else{ 134 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i); break; 135 } 136 }//当1-9后面字符为0-9时自动机一直空转循环 137 }else{ 138 continue;//提前返回至for循环，判断下次输入(最后转至终态) 139 } 140 141 142 }else{//在小数点后面出现了非法字符 143 System.out.println("ERROR:\n小数点后出现了字符"+String.valueOf(ch)); 144 Analyze.lastAnayScuccess=false; 145 lastSingle=i; 146 i++; 147 continue; 148 } 149 150 }else{ 151 continue;//提前返回至外层循环，判断此次输入(最后转至终态) 152 } 153 154 155 156 } 157 158 159 160 161 }else if(ch=='.'){ 162 i++; 163 if(i<input.length()) ch=input_array[i];//取下一个字符到ch 164 if(ch>='0'&&ch<='9'){//取下一个字符到ch//小数点后面的数字 165 166 i++; 167 if(i<input.length())ch=input_array[i];//取下一个字符到ch//小数点后面的后面 168 else{ 169 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i); break; 170 } 171 172 if(ch>='0'&&ch<='9'){ 173 while(ch>='0'&&ch<='9') { 174 i++; 175 if(i<input.length()) ch=input_array[i]; 176 else{ 177 BuildUtils.getEndSingle(input, lastSingle, i); break; 178 } 179 }//当1-9后面字符为0-9时自动机一直空转循环 180 }else{ 181 continue;//提前返回至for循环，判断下次输入(最后转至终态) 182 } 183 184 185 }else{//在小数点后面出现了非法字符 186 System.out.println("ERROR:\n小数点后出现了字符"+String.valueOf(ch)); 187 Analyze.lastAnayScuccess=false; 188 lastSingle=i; 189 i++; 190 continue; 191 } 192 193 } 194 195 196 197 198 199 200 201 else{//不是数字 202 203 //取下的为运算符 204 if(ch=='+'||ch=='-'||ch=='*'||ch=='/'||ch=='('||ch==')'){ 205 if(i!=0){ 206 207 if(lastSingle==-1) s=input.substring(0, i); 208 else s=input.substring(lastSingle+1, i); 209 //将此次运算符出现的位置存储到lastSingle 210 lastSingle=i; 211 if(!s.isEmpty()){ 212 BuildUtils.parsertoIntOrDouble(s); 213 } 214 215 BuildUtils.parsertoSingle(ch); 216 i++; 217 continue;//继续判断下一字符 218 }else{ 219 BuildUtils.parsertoSingle(ch); 220 lastSingle=i; 221 i++; 222 continue;//继续判断下一字符 223 } 224 }else{//否则出错，但需要同时记录出错字符的位置以便获取数字串 225 226 //将此次非法标识符出现的位置存储到lastSingle 227 lastSingle=i; 228 //在任何位置出现了非法字符 229 System.out.println("ERROR:\n出现非法标识符"+String.valueOf(ch)); 230 i++; 231 continue; 232 233 234 } 235 236 237 238 239 240 } 241 242 243 } 244 245 return 0; 246 247 } 248 249 250 }
（语法法分析类：Analyze.java）
package util; import java.util.ArrayList; import bean.Node; public class Analyze { private Node particularNode=new Node(null, "#", null, null); private ArrayList<Node> inputStack=new ArrayList<Node>();//输入串 private ArrayList<Node> inputQueue=new ArrayList<Node>();//输入栈 private ArrayList<Node> singleQueue=new ArrayList<Node>();//符号栈 private ArrayList<Integer> analyzeQueue=new ArrayList<Integer>();//分析栈(状态栈) private static Analyze analyze=null; private int statuSum=16;//该文法涉及了16个状态 private int Action=8;//8个动作 private int Turn=3;//3个转移 public static boolean lastAnayScuccess=true; int act = 0 ;//动作 int turn=0;//转移 int status=0;//初始状态 int actionIndex=-1; int turnIndex=-1; int index;//输入串的字符下标 int SUCCESS=0; int FAILE=1; int sindex; int aindex; Node reduceNode = null;//规约后压入符号栈的单词结点 private Analyze(){ this.inputQueue.add(particularNode);//输入串在进行语法分析前要先将结束符压入栈底 this.singleQueue.add(particularNode);//符号栈初始状态下为# this.analyzeQueue.add(0); //result = new StringBuilder(); } public static Analyze getAnalyze(){ if(analyze==null){ analyze=new Analyze(); } return analyze; } public void addNode(Node node){//初始化输入串 inputStack.add(node); } public void shiftNode(Node node){//将待匹配的node移进符号栈 singleQueue.add(node); } public void addNodeToSQ(Integer Istatus){//状态栈添加状态 analyzeQueue.add(Istatus); } public int divceProgram(){//驱动程序 exchange(inputStack, inputQueue); index=inputQueue.size()-1; int ti=1;//t1,t2,t3... if(lastAnayScuccess){//在上一步词法分析没有出错的情况下往下进行语法分析 System.out.println("开始进行语法分析"); while(true){ //从输入串的首单词开始判断是否移入符号栈 //该单词节点执行的状态跳转 while(turnIndex<Turn){ if(index>=0){ for(int j=0;j<Turn;j++){ if(inputQueue.get(index).getKey().equals(ParserType.vn[j].getSingle())){ turnIndex=j; break; } } } if(turnIndex!=-1){ turn=ParserType.go[status][turnIndex];//true是goto表中的元素值 if(turn>0){ status=turn;//状态跳转到goto表true所对应的值 turnIndex=-1; index--;//跳转到turn步骤之后匹配下一个输入单词 System.out.println("输入串剩余长度"+index); break; }else{//等于0时出错 ProcError(); return FAILE; } }else { break; } } //该单词节点执行的动作 while(actionIndex<Action){ if(index>0){ for(int i=1;i<Action;i++){ if(inputQueue.get(index).getKey().equals(ParserType.vt[i].getSingle())){ actionIndex=i; break; } } if(inputQueue.get(index).getBeanTpye().equals("int")||inputQueue.get(index).getBeanTpye().equals("double")){ actionIndex=0; } } if(index==0){ actionIndex=7; } if(actionIndex!=-1){ System.out.println("状态"+status); System.out.println("动作下标"+actionIndex); act=ParserType.action[status][actionIndex];//动作 if (act == ParserType.BLANK) { ProcError(); System.out.println("语法错误"); return FAILE; }else if(act==ParserType.ACC){ System.out.println("该输入串符合语法要求并已被接收"); System.out.println("计算结果："+singleQueue.get(1).getValue()); return SUCCESS; }else if(act>0){//进行移进操作，然后转向状态act //移进操作，将待分析的单词压入符号栈 singleQueue.add(inputQueue.get(index)); analyzeQueue.add(act); System.out.println(inputQueue.get(index)+"加入符号栈"); System.out.println(act+"加入状态栈"); System.out.println("符号栈："+singleQueue.toString()); System.out.println("状态栈："+analyzeQueue.toString()); status=act; actionIndex=-1; index--; continue; }else{//进行规约操作 //此时act值小于0，取绝对值之后即为规约所用的文法产生式序号Math.abs(act); for(P p:ParserType.pset){//寻找产生式 if(p.getNum()== Math.abs(act)){ int noZeroNum=0; aindex=analyzeQueue.size()-1; sindex=singleQueue.size()-1; ArrayList<Node> reduceNodeList=new ArrayList<Node>();//规约中间结果存储列表 // ArrayList<Node> saveNodeList=new ArrayList<Node>();//规约中间变量存储列表 StringBuilder result=new StringBuilder(); for(int i=0;i<p.getRigthExp().length;i++){ if(!p.getRigthExp()[i].toString().equals("0")){ noZeroNum++; } } while(noZeroNum>0){ //存储需要规约的单词 reduceNodeList.add(singleQueue.get(sindex)); System.out.println(singleQueue.get(sindex)+"被规约"); //状态栈和符号栈要移除的结点 singleQueue.remove(singleQueue.get(sindex)); if(sindex>0) sindex--; analyzeQueue.remove(analyzeQueue.get(aindex));//符号栈和状态的操作需同步 if (aindex>0) aindex--; noZeroNum--; } V ch=p.getLeftV();//获取规约后的单词， int leftVindex=0; //找到在goto表对应的turnIndex值 for(V v:ParserType.vn){ if(!v.equals(ch)){ leftVindex++; }else break; } for(String str:p.getRigthExp()){ result.append(str); } String rigthExp=result.toString(); System.out.println("rigthExp："+rigthExp); if(rigthExp.contains("+")||rigthExp.contains("-")||rigthExp.contains("*")||rigthExp.contains("/")){ //规约后的单词四元式 Node saveNode=new Node(p.getRigthExp()[1].toString(),reduceNodeList.get(2).getValue().toString(), reduceNodeList.get(0).getValue().toString(),"t"+(ti++)); // saveNodeList.add(saveNode); //输出中间四元式 System.out.println(saveNode.toString()); //将单词串转换成真实的字符运算并用reduceNode存储中间结果 switch(p.getRigthExp()[1].toString()){ case "+": reduceNode=ReduceTools.reduceByAdd(reduceNodeList, p);break; case "-": reduceNode=ReduceTools.reduceByJian(reduceNodeList, p); break; case "*": reduceNode=ReduceTools.reduceByCheng(reduceNodeList, p);break; case "/": reduceNode=ReduceTools.reduceByChu(reduceNodeList, p); break; default: break; } }else if(rigthExp.contains("i")){ reduceNode=ReduceTools.reduceFromi(reduceNodeList, p); }else if(rigthExp.contains("(")&&rigthExp.contains(")")){ reduceNode=ReduceTools.reduceByKuoHao(reduceNodeList, p); }/*else if(rigthExp.contains("-F")){//F->-F reduceNode=ReduceTools.reduceByFu(reduceNodeList, p); }*/else{//T->F//E->T//S->E reduceNode=ReduceTools.reduceFromOther(reduceNodeList, p); } singleQueue.add(reduceNode);//规约之后将中间结果压入符号栈 sindex++; status=ParserType.go[analyzeQueue.get(aindex)][leftVindex]; analyzeQueue.add(status);//向状态栈添加规约后的状态 aindex++; System.out.println(singleQueue.get(sindex)+"加入符号栈"); System.out.println(analyzeQueue.get(aindex)+"加入状态栈"); System.out.println("符号栈："+singleQueue.toString()); System.out.println("状态栈："+analyzeQueue.toString()); actionIndex=-1; break; } } //规约阶段涉及goto操作 } }else{ break; } } } }else{ WorldError(); } return 0; } private void ProcError() { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("语法错误"); } private void WorldError() { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("存在词法错误，无法进行语法分析"); } //栈数据倒灌 public void exchange(ArrayList<Node> list1,ArrayList<Node> list2){ for(int i=list1.size()-1;i>=0;i--){ list2.add(list1.get(i)); } } }
具体源码见我的GitHub https://github.com/kingxiusam/PLTest
（注意：由于能力有限，源码有一些bug,希望大家可以帮忙修改完善，如果觉得不错可以给个星）
