使用boost.spirit制作一个简单的四则计算器

realdodo — Sun, 06 May 2007 15:31:00 +0000

从传统意义上来说，boost.spirit库是一个类似于yacc的库，主要业务是做词法解析，然后提供各种读取数据的接口，但是由于这是一个用C++实现、并且大量运Expression Templates技巧的库，所以各种功能可以用非常快捷的方式实现，非常的好用，几乎把C++的各种优良特性都充分发挥出来。

关于boost.spirit的用法，在这里我先不说，以后有时间我来慢慢的把它用中国话讲解一遍。这个程序的核心实际上是一个EBNF的表达式，也就是如何用EBNF语法来表示四则运算。
在这里，我就直接给出答案（EBNF的知识请暂时自行看编译原理的教材）：

其中，expression就是我们需要的表达式pattern。注意这里，正是由于expression首先去匹配term，而term首先去匹配factor，最后factor是以“纯数字”、“括号”、“正负符号”的顺序匹配，term则是以factor、“乘法”、“除法”的顺序匹配，而expression是以term、“加法”、“减法”的顺序匹配，所以就保证了整个表达式匹配过程是按照四则运算的先后顺序进行的。在匹配的过程中只要安插各种“监视”的函数（boost.spirit里面的术语叫做“actor”），就可以轻松实现四则运算。

把EBNF对应到boost.spirit里，具体的grammer类实现如下：

程序代码

struct calculator : public grammar
{
    template
    struct definition
    {
        definition(calculator const& /*self*/)
        {
            expression
                =   term
                >> *(   (‘+’ >> term[do_calc()])
            |   (‘-’ >> term[do_calc()])
            )
                ;

            term
                =   factor
                >> *(   (‘*’ >> factor[do_calc()])
            |   (‘/’ >> factor[do_calc()])
            )
                ;

            factor
                =   real_p[&push_real]
            |   ’(‘ >> expression >> ’)’
                |   (‘-’ >> factor[&do_neg])
            |   (‘+’ >> factor)
                ;
        }

rule expression, term, factor;

        rule const&
            start() const { return expression; }
    };
};

请注意，calculator从grammer派生，但是除了在内部定义了一个嵌套class以外，并没有做更多的事情。

至于这里面用到的do_calc<>、push_real等functor和函数，则是一些极为简单的东西，实现如下：

程序代码

namespace
{
stack calc_stack;

    struct do_add
    {
        double operator () (double lhs, double rhs) const
        {
            return lhs + rhs;
        }
    };

    struct do_substract
    {
        double operator () (double lhs, double rhs) const
        {
            return lhs - rhs;
        }
    };

    struct do_multiply
    {
        double operator () (double lhs, double rhs) const
        {
            return lhs * rhs;
        }
    };

    struct do_divide
    {
        double operator () (double lhs, double rhs) const
        {
            return lhs / rhs;
        }
    };

    template
    struct do_calc
    {
        void operator () (const char *, const char *) const
        {
            double result = calc_stack.top();
            calc_stack.pop();
            result = op()(calc_stack.top(), result);
            calc_stack.pop();
            calc_stack.push(result);
        }
    };

    void push_real(double d)
    {
        calc_stack.push(d);
    }

    void do_neg(char const*, char const*)
    {
        cout << ”NEGATE\n”;
        double result = calc_stack.top();
        calc_stack.pop();
        calc_stack.push(-result);
    }

    double show_result()
    {
        return calc_stack.top();
    }
}

可以从源码中清晰看到，这些函数就是简单的做了些出栈/入栈以及运算的工作，每一个函数功能极为单纯，可认为就是一些状态及处理函数而已，而状态机逻辑则由grammer搞定了。

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