開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么

這篇文章主要講解了“開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么”吧！

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一、   引子

 監(jiān)控畫面的主要功能之一就是跟蹤下位機變量變化，并將這些變化展現(xiàn)為動畫。大部分時候，界面上一個圖元組件的某個狀態(tài)，與單一變量Tag綁定，比如電機的運行態(tài)，綁定一個MotorRunning信號；但有些時候不會這么簡單，比如溫度計在溫度高于50℃顯示紅色;某設(shè)備報警，可能是多個條件其中之一觸發(fā)的結(jié)果；變量變化觸發(fā)一系列連鎖反應(yīng)…如此種種?？紤]到工控行業(yè)大部分技術(shù)人員并非計算機專業(yè)出身，如何能夠用最少的編碼解決各種復(fù)雜的變量-動畫綁定問題，無疑要費一番心思。

開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么

二、   方案選型

針對變量動畫綁定問題，可以選擇的方案包括如下幾種：

  • 腳本編譯器

不少大型組態(tài)軟件包含強大的腳本編輯器，支持諸如VBS、Python甚至C腳本語言。腳本自帶語法編輯器、調(diào)試器和編譯器，調(diào)用的API包羅萬象，如數(shù)據(jù)庫API，通訊API，畫面組態(tài)API…可以用腳本實現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯。

但基于下面幾種考慮，我沒有實現(xiàn)這類的腳本編譯器：

  1. 不同于大部分組態(tài)軟件包含一個獨立的界面設(shè)計器，我用Visual Studio來肩挑語法編輯、調(diào)試、編譯和界面設(shè)計的重任，沒必要多此一舉的搞一個獨立的腳本編譯器。

  2. C#結(jié)合Visual Studio來調(diào)用通訊、數(shù)據(jù)庫鏈接的各類函數(shù)，C#包含強大的語法功能，配合.NET 類庫幾乎無所不能，同時C#也支持腳本化，沒有必要在使用其他腳本語言。

對于復(fù)雜的邏輯，就讓C#配合VS神器來完成吧。

  • 運算符重載。

曾經(jīng)研究過一個C#寫的腳本編譯系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)兩個特定集合間的四則運算和邏輯運算，如List1.A+List2.A;List1.A>List2.B?？瓷先ゼ暇拖褚粋€普通的數(shù)值那樣參與運算和操作。

運算符重載是C#一個強大的語法功能，可以重載的操作符如下：

運算符

可重載性

+、-、!、~、++、--、true、false

可以重載這些一元運算符。
  true和false運算符必須成對重載。

+、-、*、/、%、&、|、^、<<、>>

可以重載這些二元運算符。

==、!=、<、>、<=、>=

可以重載比較運算符。必須成對重載。

&&、||

不能重載條件邏輯運算符。
  但可以使用能夠重載的&和|進(jìn)行計算。

[]

不能重載數(shù)組索引運算符，但可以定義索引器。

()

不能重載轉(zhuǎn)換運算符，但可以定義新的轉(zhuǎn)換運算符。

+=、-=、*=、/=、%=、&=、|=、^=、<<=、>>=

不能顯式重載賦值運算符。
  在重寫單個運算符如+、-、%時，它們會被隱式重寫。

=、.、?:、->、new、is、sizeof、typeof


無疑運算符重載用的好可以寫出語義更清晰、更簡潔的代碼。

比如有一種復(fù)數(shù)類型Complex，有兩個坐標(biāo)x和y；定義ComplexA大于ComplexB為： A的x，y中至少有一個大于B的x，y。我只需要重載>操作符（相應(yīng)的最好重載>=,<,<=），以后只需要A>B就能代替重復(fù)啰嗦的A.x>B.x||A.y>B.y。更可喜的是，重載后的>,<這些運算符，在.Net表達(dá)式樹(ExpressionTree)中已經(jīng)替換了它原來的語義。因此運算符重載在我這個編譯器也有它用武之地。

但出于下面兩個原因，它只適合作為編譯引擎的輔助，而不適合單獨使用：

  1. 首先運算符重載只針對特定的類型；對于不熟悉C#語法特性的編程者，理解并正確的使用運算符重載不是件容易的事。

  2. 運算符重載可以減少重復(fù)的代碼，讓語法更簡潔；但依然要寫C#代碼，不適合大部分工控人員。

  •  訂閱事件

如果想省事，最簡單的辦法是直接寫代碼，例如：如果一臺電機的運行需要A,B,C三個前提條件均滿足，我就分別訂閱A、B、C的變量變化事件，如果A由fasle變?yōu)閠rue，再看看其他兩個變量觸發(fā)沒有。也就是寫這樣幾行代碼：

           var tag1 = App.Server["A"];

            var tag2 = App.Server["B"];

            var tag3 = App.Server["C"];

            if (tag1 != null && tag2 != null && tag3 != null

            {

                tag1.ValueChanged += (s, e) =>

                  {

                      if (tag1.Value.Boolean && tag2.Value.Boolean && tag3.Value.Boolean)

                      {

                          //執(zhí)行

                      }

                  };

                tag2.ValueChanged += (s, e) =>

                {

                    if (tag1.Value.Boolean && tag2.Value.Boolean && tag3.Value.Boolean)

                    {

                        //執(zhí)行

                    }

                };

                tag3.ValueChanged += (s, e) =>

                {

                    if (tag1.Value.Boolean && tag2.Value.Boolean && tag3.Value.Boolean)

                    {

                        //執(zhí)行

                    }

                };

            }

看上去不算復(fù)雜吧？如果界面上有50個動畫，這樣的代碼就要寫50次。不但浪費時間，改起來麻煩，查起來也麻煩。更糟糕的是，不懂編程的人還用不了。

  •  表達(dá)式編譯器

對于大部分零編程基礎(chǔ)的上位機設(shè)計人員，他們需要的是一種沒有學(xué)習(xí)和理解成本的、簡單直觀的變量綁定方式。

比如溫度計在溫度高于50℃顯示紅色，就一句話【temperature>50】;某設(shè)備顯示報警，可能是多個報警變量其中之一觸發(fā)的結(jié)果，只需寫【Alarm1||Alarm2||Alarm3】…借助微軟強大的表達(dá)式引擎，如果能解析這類變量表達(dá)式，設(shè)計者只需要知道圖元與變量的邏輯關(guān)系；而極少數(shù)表達(dá)式也難以企及的功能，略微懂一點C#就可以實現(xiàn)。這樣就可以做到使用簡單，上手容易，同時又可以滿足復(fù)雜的需求。

同時還有下面幾個額外的好處：

最少的編碼量：在一個界面的cs文件里，幾乎沒有代碼。綁定邏輯在XAML內(nèi)用直觀的方式嵌入：

 開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么

  1. 可以用復(fù)制、粘貼和文本替換等功能減少重復(fù)編碼；

  2. 可以充分利用WPF的設(shè)計器擴(kuò)展，實現(xiàn)一個簡單的語法編輯器，實現(xiàn)語法高亮、自動完成并執(zhí)行語法檢查；

  3. 查找變量邏輯和修改很方便。

這個編譯器的主要代碼在Eval類。

三、   自己實現(xiàn)一個編譯器

  • 編譯原理

大學(xué)計算機都有一門編譯原理課程。當(dāng)年我也捧著一本教材，被“波蘭表達(dá)式”、“逆波蘭表達(dá)式”繞的云里霧里，然而逆波蘭表達(dá)式是實現(xiàn)編譯器的關(guān)鍵。

逆波蘭表達(dá)式的優(yōu)勢在于只用兩種簡單操作，入棧和出棧就可以搞定任何普通表達(dá)式的運算。其運算方式如下：

如果當(dāng)前字符為變量或者為數(shù)字，則壓棧，如果是運算符，則將棧頂兩個元素彈出作相應(yīng)運算，結(jié)果再入棧，最后當(dāng)表達(dá)式掃描完后，棧里的就是結(jié)果。

如何實現(xiàn)自己的編譯器，微軟已經(jīng)給大家現(xiàn)成的輪子了。微軟的Expression類提供了一套拼接、編譯Lambda表達(dá)式的完整方法，可以用它輕松定義你自己的語法。相關(guān)知識可以參考博客園 裝配腦袋 的自己動手開發(fā)編譯器系列文章：http://www.cnblogs.com/Ninputer/archive/2011/06/18/2084383.html。下面就以這個SCADA項目為例：

  • 定義語法

在這一版，我只實現(xiàn)了最基本最常用的一些操作，如四則運算（+-*/）、邏輯運算(&|!)、取反取模、三目條件等運算。

GetOperatorLevel函數(shù)按照C#的運算符優(yōu)先級定義運算優(yōu)先級。

定義了@開頭的自定義函數(shù)如@Date取當(dāng)前日期、@App取當(dāng)前路徑等。

IsConstant方法定義系統(tǒng)常數(shù)，其中True/False表示邏輯常量，字符串常量用’’。

  • 編譯過程

編譯過程就是將一個字符串轉(zhuǎn)換為一個帶返回值的函數(shù)；函數(shù)的參數(shù)就是表達(dá)式相關(guān)的Tag的值。依次為：

  1. RpnExpression方法：將中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)換為逆波蘭表達(dá)式。用關(guān)鍵字將表達(dá)式字符串分割為一個數(shù)組；按照優(yōu)先級出棧入棧；返回一個逆波蘭表達(dá)式順序的字符串列表。

  2. ComplieRpnExp方法：根據(jù)逆波蘭表達(dá)式順序，依次彈出運算符轉(zhuǎn)換為Expression的各子類如二元表達(dá)式BinaryExpression、條件表達(dá)式ConditionalExpression、常數(shù)表達(dá)式ConstantExpression等；參數(shù)首先判斷是否常數(shù)，如果不是，則調(diào)用GetTagExpression方法，將字符串轉(zhuǎn)換為方法調(diào)用MethodCallExpression，最終會將該參數(shù)編譯為一個Tag。經(jīng)過處理最終返回一個LambdaExpression。

  3. Eval方法將LambdaExpression編譯為一個委托；相關(guān)的Tag加入列表TagList。

四、   應(yīng)用場景

  •   表達(dá)式與動畫綁定

在每一個界面窗體都有幾乎一樣的幾行代碼：

List<TagNodeHandle> _valueChangedList;

        private void HMI_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)

        {

            lock (this)

            {

                _valueChangedList = cvs1.BindingToServer(App.Server);

            }

        }

        private void HMI_Unloaded(object sender, RoutedEventArgs e)

        {

            lock (this)

            {

               App.Server.RemoveHandles(_valueChangedList);

            }

        }

其中, BindingToServer就是對當(dāng)前界面所有圖元進(jìn)行地毯式掃描，搜索出各控件相關(guān)的TagReadText表達(dá)式并用Eval類編譯之；編譯的結(jié)果轉(zhuǎn)換為帶返回值的函數(shù)和一個相關(guān)Tag的列表；遍歷這個Tag列表，將其值變化事件ValueChanged與這個函數(shù)鏈接起來。這樣，在加載界面的時候已經(jīng)完成了編譯過程，相關(guān)變量的值一旦改變，就會根據(jù)表達(dá)式返回一個值，如果這個值是布爾量，同時與電機的運行動畫綁定，就完成了從表達(dá)式到動畫的觸發(fā)過程。

  •   復(fù)雜報警條件

報警一般包括超限報警、變量觸發(fā)報警、差值報警等。但也可能有復(fù)雜的報警條件，不能用超限、超差等簡單方式表述的，就可以歸結(jié)為復(fù)雜報警，其條件可以用類似動畫綁定的表達(dá)式來描述，在系統(tǒng)初始化時刻加載、編譯為報警條件。

  •  未來改進(jìn)

編輯器改進(jìn)：支持命令自動完成、語法高亮、更完善的語法檢查?？煽紤]Sharpdevelop的編輯控件。

支持復(fù)雜語法：目前的語法僅僅是簡單的四則運算和邏輯表達(dá)式。未來考慮支持多段表達(dá)式、函數(shù)（如正余弦）、屬性引用等復(fù)雜語法。

感謝各位的閱讀，以上就是“開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對開源純C#表達(dá)式編譯器的實現(xiàn)方法是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！

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