仅用50行代码实现一个Python编写的计算器的教程

 简介

在这篇文章中，我将向大家演示怎样向一个通用计算器一样解析并计算一个四则运算表达式。当我们结束的时候，我们将得到一个可以处理诸如 1+2*-(-3+2)/5.6+3样式的表达式的计算器了。当然，你也可以将它拓展的更为强大。

我本意是想提供一个简单有趣的课程来讲解 语法分析 和 正规语法（编译原理内容）。同时，介绍一下PlyPlus,这是一个我断断续续改进了好几年的语法解析 接口。作为这个课程的附加产物，我们最后会得到完全可替代eval（）的一个安全的四则运算器。

如果你想在自家的电脑上试试本文中给的例子的话，你应该先安装 PlyPlus ,使用命令pip install plyplus  。（译者注：pip是一个包管理系统，用来安装用python写的软件包，具体使用方法大家可以百度之或是google之，就不赘述了。）

本篇文章需要对python的继承使用有所了解。

语法

对于那些不懂的如何解析和正式语法工作的人而言，这里有一个快速的概览：正式语法是用来解析文本的一些不同层面的规则。每一个规则都描述了相对应的那部分输入的文本是如何组成的。

这里是一个用来展示如何解析1+2+3+4的例子：
 

Rule #1 - add IS MADE OF add + number
            OR number + number

add: add'+'number
  | number'+'number
  ;

  number + number + number + number

  [number + number] + number + number

  [add + number] + number

  [add + number]
  add

1 + 2 * 3 / 4 - 5 + 6

1 + (2 * 3 / 4) - 5 + 6

add: add+mul
  | mul'+'mul
  ;
mul: mul '*; number
  | number'*'number
  ;

  number + number * number * number
  number + [number * number] * number

  number + [mul * number]
  number + mul
  ???

add: add'+'mul
  | mul'+'mul
  | mul
  ;
mul: mul'*'number
  | number'*'number
  | number
  ;

add: add'+'mul
  | mul
  ;
mul: mul'*'number
  | number
  ;

  number + number * number * number

  number + [number] * number * number
  number + [mul * number] * number
  number + [mul * number]
  [number] + mul
  [mul] + mul
  [add + mul]
  add

>>>fromplyplusimportGrammar
>>> g=Grammar("""...""")
>>>printg.parse('1+2*3-5').pretty()
start
 add
  add
   add
    mul
     number
      1
   add_symbol
    +
   mul
    mul
     number
      2
    mul_symbol
     *
    number
     3
  add_symbol
   -
  mul
   number
    5

start: add;
?add: add add_symbol mul | mul;   // Expand add if it's just a mul
?mul: mul mul_symbol number | number;// Expand mul if it's just a number
number:'[d.]+';
mul_symbol:'*'|'/';
add_symbol:'+'|'-';

>>> g=Grammar("""...""")
>>>printg.parse('1+2*3-5').pretty()
start
 add
  add
   number
    1
   add_symbol
    +
   mul
    number
     2
    mul_symbol
     *
    number
     3
  add_symbol
   -
  number
   5

start: add;
?add: (add add_symbol)? mul;
?mul: (mul mul_symbol)? atom;
@atom: neg | number |'('add')';
neg:'-'atom;
number:'[d.]+';
mul_symbol:'*'|'/';
add_symbol:'+'|'-';
WHITESPACE:'[ t]+'(%ignore);

>>>importoperator as op
>>>fromplyplusimportSTransformer
 
classCalc(STransformer):
 
  def_bin_operator(self, exp):
    arg1, operator_symbol, arg2=exp.tail
 
    operator_func={'+': op.add,
             '-': op.sub,
             '*': op.mul,
             '/': op.div }[operator_symbol]
 
    returnoperator_func(arg1, arg2)
 
  number   =lambdaself, exp:float(exp.tail[0])
  neg    =lambdaself, exp:-exp.tail[0]
  __default__=lambdaself, exp: exp.tail[0]
 
  add=_bin_operator
  mul=_bin_operator

>>> Calc().transform( g.parse('1 + 2 * -(-3+2) / 5.6 + 30'))
31.357142857142858

>>>eval('1 + 2 * -(-3+2) / 5.6 + 30')
31.357142857142858

defmain():
  calc=Calc()
  whileTrue:
    try:
      s=raw_input('> ')
    exceptEOFError:
      break
    ifs=='':
      break
    tree=calc_grammar.parse(s)
    printcalc.transform(tree)