軟件體系結構的第二次實驗（解釋器風格與管道過濾器風格）

一、實驗目的

　　1．熟悉體系結構的風格的概念

　　2．理解和應用管道過濾器型的風格。

　　3、理解解釋器的原理

　　4、理解編譯器模型

二、實驗環境

　　硬件：

　　軟件：Python或任何一種自己喜歡的語言

三、實驗內容

　　1、實現“四則運算”的簡易翻譯器。

　　結果要求：

　　　　1）實現加減乘除四則運算，允許同時又多個操作數，如：2+3*5-6 結果是11

　　　　2）被操作數為整數，整數可以有多位

　　　　3）處理空格

　　　　4）輸入錯誤顯示錯誤提示，並返回命令狀態“CALC”

　　　　圖1 實驗結果示例

　　加強練習：

　　　　1、有能力的同學，可以嘗試實現賦值語句，例如x=2+3*5-6，返回x=11。（註意：要實現解釋器的功能，而不是只是顯示）

　　　　2、嘗試實現自增和自減符號，例如x++

　　　　3、采用管道-過濾器（Pipes and Filters）風格實現解釋器

圖2 管道-過濾器風格

圖 3 編譯器模型示意圖

　　本實驗，實現的是詞法分析和語法分析兩個部分。

四、實驗步驟：

　代碼如下：

1. import java.util.ArrayList;
2. import java.util.LinkedList;
3. import java.util.Scanner;
5. /**
6. * @author 林澤民
7. * 實現“四則運算”的簡易翻譯器。
8. */
9. public class Calculator {
11. private static boolean rightFormat = true;
13. public static double getResult(String formula){
15. //處理空格
16. formula=formula.replaceAll(" ", "");
18. double returnValue = 0;
19. returnValue = doAnalysis(formula);
21. if(!rightFormat){
22. throw new NumberFormatException();
23. }
24. return returnValue;
25. }
27. //解析字符串函數
28. private static double doAnalysis(String formula){
29. double returnValue = 0;
30. LinkedList<Integer> stack = new LinkedList<Integer>();
31. int curPos = 0;
32. String beforePart = "";
33. String afterPart = "";
34. String calculator = "";
35. rightFormat = true;
36. //取得括號
37. while(rightFormat&&(formula.indexOf(‘(‘) >= 0||formula.indexOf(‘)‘) >= 0)){
38. curPos = 0;
39. for(char s : formula.toCharArray()){
40. if(s == ‘(‘){
41. stack.add(curPos);
42. }else if(s == ‘)‘){
43. if(stack.size() > 0){
44. beforePart = formula.substring(0, stack.getLast());
45. afterPart = formula.substring(curPos + 1);
46. calculator = formula.substring(stack.getLast() + 1, curPos);
47. formula = beforePart + doCalculation(calculator) + afterPart;
48. stack.clear();
49. break;
50. }else{
51. System.out.println("有未關閉的右括號！");
52. rightFormat = false;
53. }
54. }
55. curPos++;
56. }
57. if(stack.size() > 0){
58. System.out.println("有未關閉的左括號！");
59. break;
60. }
61. }
62. if(rightFormat){
63. returnValue = doCalculation(formula);
64. }
65. return returnValue;
66. }
68. //四則運算函數
69. private static double doCalculation(String formula) {
70. ArrayList<Double> values = new ArrayList<Double>();
71. ArrayList<String> operators = new ArrayList<String>();
72. int curPos = 0;
73. int prePos = 0;
74. int minus = 0;
75. for (char s : formula.toCharArray()) {
76. if ((s == ‘+‘ || s == ‘-‘ || s == ‘*‘ || s == ‘/‘) && minus !=0 && minus !=2) {
77. //將數字分離出來放在double類型裏面
78. values.add(Double.parseDouble(formula.substring(prePos, curPos).trim()));
79. operators.add("" + s);
80. prePos = curPos + 1;
81. minus = minus +1;
82. }else{
83. minus =1;
84. }
85. curPos++;
86. }
87. //去掉前後空格
88. values.add(Double.parseDouble(formula.substring(prePos).trim()));
89. char op;
90. //下面是從容器中取出數字進行運算
91. for (curPos = 0; curPos <= operators.size() - 1; curPos++) {
92. op = operators.get(curPos).charAt(0);
93. switch (op) {
94. case ‘*‘:
95. values.add(curPos, values.get(curPos) * values.get(curPos + 1));
96. values.remove(curPos + 1);
97. values.remove(curPos + 1);
98. operators.remove(curPos);
99. curPos = -1;
100. break;
101. case ‘/‘:
102. values.add(curPos, values.get(curPos) / values.get(curPos + 1));
103. values.remove(curPos + 1);
104. values.remove(curPos + 1);
105. operators.remove(curPos);
106. curPos = -1;
107. break;
108. }
109. }
110. for (curPos = 0; curPos <= operators.size() - 1; curPos++) {
111. op = operators.get(curPos).charAt(0);
112. switch (op) {
113. case ‘+‘:
114. values.add(curPos, values.get(curPos) + values.get(curPos + 1));
115. values.remove(curPos + 1);
116. values.remove(curPos + 1);
117. operators.remove(curPos);
118. curPos = -1;
119. break;
120. case ‘-‘:
121. values.add(curPos, values.get(curPos) - values.get(curPos + 1));
122. values.remove(curPos + 1);
123. values.remove(curPos + 1);
124. operators.remove(curPos);
125. curPos = -1;
126. break;
127. }
128. }
129. return values.get(0).doubleValue();
130. }
132. //主函數
133. public static void main(String[] args) {
135. String str;
136. Scanner scan = new Scanner(System.in);
138. while (true){
140. System.out.print("calc > ");
141. str=scan.nextLine();
142. try{
143. System.out.println(getResult(str));
144. }catch(NumberFormatException exc){
145. System.out.println("格式輸入有誤，請重新輸入！");
146. }
148. }
150. }
152. }

結果如下：

對應結構圖：

130242014074+林澤民+第2次實驗