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C ++のブール式（文法）パーサー

ブール式を解析したい（C++）。入力フォーム：

a and b xor (c and d or a and b);

この式を解析して、優先順位の規則（not、and、xor、or）を知っているツリーにしたいだけです。したがって、上記の式は次のようになります。

(a and b) xor ((c and d) or (a and b));

パーサーに。

そしてツリーは次のような形になります：

                        a
                   and
                        b
               or
                        c
                   and
                        d
        xor
                   a
              and
                   b

入力は、コマンドラインを介するか、文字列の形式になります。パーサーが必要です。

これを行うのに役立つソースはありますか？

c++parsingboost-spirit
32
A Gore

これは、Boost Spiritに基づく実装です。

Boost Spiritはrecursive descentに基づいてexpression templatesに基づいてパーサーを生成するので、（他の人が述べたように）「特異な」（sic）優先ルールを守ることは非常に退屈です。そのため、文法には特定の優雅さが欠けています。

抽象データ型

Boost Variantの再帰的バリアントサポートを使用してツリーデータ構造を定義しました。exprの定義に注意してください。

struct op_or  {}; // tag
struct op_and {}; // tag
struct op_xor {}; // tag
struct op_not {}; // tag

typedef std::string var;
template <typename tag> struct binop;
template <typename tag> struct unop;

typedef boost::variant<var, 
        boost::recursive_wrapper<unop <op_not> >, 
        boost::recursive_wrapper<binop<op_and> >,
        boost::recursive_wrapper<binop<op_xor> >,
        boost::recursive_wrapper<binop<op_or> >
        > expr;

（以下の完全なソース）

文法規則

前述のとおり、以下は（少し退屈な）文法の定義です。

私はこの文法を最適とは考えていませんが、かなり読みやすく、静的にコンパイルされたパーサー強く型付けされたAST datatypeを使用して約50行のコードで事態はさらに悪化する可能性があります。

template <typename It, typename Skipper = qi::space_type>
    struct parser : qi::grammar<It, expr(), Skipper>
{
    parser() : parser::base_type(expr_)
    {
        using namespace qi;
        expr_  = or_.alias();

        or_  = (xor_ >> "or"  >> xor_) [ _val = phx::construct<binop<op_or >>(_1, _2) ] | xor_   [ _val = _1 ];
        xor_ = (and_ >> "xor" >> and_) [ _val = phx::construct<binop<op_xor>>(_1, _2) ] | and_   [ _val = _1 ];
        and_ = (not_ >> "and" >> not_) [ _val = phx::construct<binop<op_and>>(_1, _2) ] | not_   [ _val = _1 ];
        not_ = ("not" > simple       ) [ _val = phx::construct<unop <op_not>>(_1)     ] | simple [ _val = _1 ];

        simple = (('(' > expr_ > ')') | var_);
        var_ = qi::lexeme[ +alpha ];
    }

  private:
    qi::rule<It, var() , Skipper> var_;
    qi::rule<It, expr(), Skipper> not_, and_, xor_, or_, simple, expr_;
};

構文ツリーの操作

明らかに、式を評価する必要があります。とりあえず、印刷するだけで終了することにしたので、名前付き変数のルックアップテーブルを実行する必要はありません:)

再帰的なバリアントの走査は、最初は不可解に見えるかもしれませんが、boost::static_visitor<>慣れれば、驚くほど簡単です。

struct printer : boost::static_visitor<void>
{
    printer(std::ostream& os) : _os(os) {}
    std::ostream& _os;

    //
    void operator()(const var& v) const { _os << v; }

    void operator()(const binop<op_and>& b) const { print(" & ", b.oper1, b.oper2); }
    void operator()(const binop<op_or >& b) const { print(" | ", b.oper1, b.oper2); }
    void operator()(const binop<op_xor>& b) const { print(" ^ ", b.oper1, b.oper2); }

    void print(const std::string& op, const expr& l, const expr& r) const
    {
        _os << "(";
            boost::apply_visitor(*this, l);
            _os << op;
            boost::apply_visitor(*this, r);
        _os << ")";
    }

    void operator()(const unop<op_not>& u) const
    {
        _os << "(";
            _os << "!";
            boost::apply_visitor(*this, u.oper1);
        _os << ")";
    }
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const expr& e)
{ boost::apply_visitor(printer(os), e); return os; }

テスト出力：

コード内のテストケースでは、以下が出力され、（冗長な）括弧を追加することによる優先ルールの処理正しいを示します。

result: ((a & b) ^ ((c & d) | (a & b)))
result: ((a & b) ^ ((c & d) | (a & b)))
result: (a & b)
result: (a | b)
result: (a ^ b)
result: (!a)
result: ((!a) & b)
result: (!(a & b))
result: (a | (b | c))

完全なコード：

#include <boost/spirit/include/qi.hpp>
#include <boost/spirit/include/phoenix.hpp>
#include <boost/spirit/include/phoenix_operator.hpp>
#include <boost/variant/recursive_wrapper.hpp>

namespace qi    = boost::spirit::qi;
namespace phx   = boost::phoenix;

struct op_or  {};
struct op_and {};
struct op_xor {};
struct op_not {};

typedef std::string var;
template <typename tag> struct binop;
template <typename tag> struct unop;

typedef boost::variant<var, 
        boost::recursive_wrapper<unop <op_not> >, 
        boost::recursive_wrapper<binop<op_and> >,
        boost::recursive_wrapper<binop<op_xor> >,
        boost::recursive_wrapper<binop<op_or> >
        > expr;

template <typename tag> struct binop 
{ 
    explicit binop(const expr& l, const expr& r) : oper1(l), oper2(r) { }
    expr oper1, oper2; 
};

template <typename tag> struct unop  
{ 
    explicit unop(const expr& o) : oper1(o) { }
    expr oper1; 
};

struct printer : boost::static_visitor<void>
{
    printer(std::ostream& os) : _os(os) {}
    std::ostream& _os;

    //
    void operator()(const var& v) const { _os << v; }

    void operator()(const binop<op_and>& b) const { print(" & ", b.oper1, b.oper2); }
    void operator()(const binop<op_or >& b) const { print(" | ", b.oper1, b.oper2); }
    void operator()(const binop<op_xor>& b) const { print(" ^ ", b.oper1, b.oper2); }

    void print(const std::string& op, const expr& l, const expr& r) const
    {
        _os << "(";
            boost::apply_visitor(*this, l);
            _os << op;
            boost::apply_visitor(*this, r);
        _os << ")";
    }

    void operator()(const unop<op_not>& u) const
    {
        _os << "(";
            _os << "!";
            boost::apply_visitor(*this, u.oper1);
        _os << ")";
    }
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const expr& e)
{ boost::apply_visitor(printer(os), e); return os; }

template <typename It, typename Skipper = qi::space_type>
    struct parser : qi::grammar<It, expr(), Skipper>
{
    parser() : parser::base_type(expr_)
    {
        using namespace qi;

        expr_  = or_.alias();

        or_  = (xor_ >> "or"  >> or_ ) [ _val = phx::construct<binop<op_or >>(_1, _2) ] | xor_   [ _val = _1 ];
        xor_ = (and_ >> "xor" >> xor_) [ _val = phx::construct<binop<op_xor>>(_1, _2) ] | and_   [ _val = _1 ];
        and_ = (not_ >> "and" >> and_) [ _val = phx::construct<binop<op_and>>(_1, _2) ] | not_   [ _val = _1 ];
        not_ = ("not" > simple       ) [ _val = phx::construct<unop <op_not>>(_1)     ] | simple [ _val = _1 ];

        simple = (('(' > expr_ > ')') | var_);
        var_ = qi::lexeme[ +alpha ];

        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(expr_);
        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(or_);
        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(xor_);
        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(and_);
        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(not_);
        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(simple);
        BOOST_SPIRIT_DEBUG_NODE(var_);
    }

  private:
    qi::rule<It, var() , Skipper> var_;
    qi::rule<It, expr(), Skipper> not_, and_, xor_, or_, simple, expr_;
};

int main()
{
    for (auto& input : std::list<std::string> {
            // From the OP:
            "(a and b) xor ((c and d) or (a and b));",
            "a and b xor (c and d or a and b);",

            /// Simpler tests:
            "a and b;",
            "a or b;",
            "a xor b;",
            "not a;",
            "not a and b;",
            "not (a and b);",
            "a or b or c;",
            })
    {
        auto f(std::begin(input)), l(std::end(input));
        parser<decltype(f)> p;

        try
        {
            expr result;
            bool ok = qi::phrase_parse(f,l,p > ';',qi::space,result);

            if (!ok)
                std::cerr << "invalid input\n";
            else
                std::cout << "result: " << result << "\n";

        } catch (const qi::expectation_failure<decltype(f)>& e)
        {
            std::cerr << "expectation_failure at '" << std::string(e.first, e.last) << "'\n";
        }

        if (f!=l) std::cerr << "unparsed: '" << std::string(f,l) << "'\n";
    }

    return 0;
}

ボーナス：

ボーナスポイントについては、OPに示されているとおりのツリーを取得するには：

static const char indentstep[] = "    ";

struct tree_print : boost::static_visitor<void>
{
    tree_print(std::ostream& os, const std::string& indent=indentstep) : _os(os), _indent(indent) {}
    std::ostream& _os;
    std::string _indent;

    void operator()(const var& v) const { _os << _indent << v << std::endl; }

    void operator()(const binop<op_and>& b) const { print("and ", b.oper1, b.oper2); }
    void operator()(const binop<op_or >& b) const { print("or  ", b.oper2, b.oper1); }
    void operator()(const binop<op_xor>& b) const { print("xor ", b.oper2, b.oper1); }

    void print(const std::string& op, const expr& l, const expr& r) const
    {
        boost::apply_visitor(tree_print(_os, _indent+indentstep), l);
        _os << _indent << op << std::endl;
        boost::apply_visitor(tree_print(_os, _indent+indentstep), r);
    }

    void operator()(const unop<op_not>& u) const
    {
        _os << _indent << "!";
        boost::apply_visitor(tree_print(_os, _indent+indentstep), u.oper1);
    }
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const expr& e)
{ 
    boost::apply_visitor(tree_print(os), e); return os; 
}

結果：

            a
        and 
            b
    or  
            c
        and 
            d
xor 
        a
    and 
        b
90
sehe

Oli Charlesworthがすでに述べたようにパーサージェネレーターを使用するか（yacc、bison、antlr;後者は私の経験では他の2つよりもC++に適していますが、しばらく見てからですが）、単純な再帰降下を作成します。パーサー：あなたの言語と同じくらい単純な言語の場合、これはより簡単なアプローチかもしれません。

5
Dietmar Kühl

my SO単純な再帰降下パーサーのコーディング方法に関する回答 を参照してください。

このアプローチは、ブール式などの単純な言語では非常に便利です。そして、その概念はプログラミング言語からほとんど独立しています。

2
Ira Baxter

私のように、解析ライブラリのオーバーヘッドと特異性がそのような小さな仕事には多すぎると感じた場合、提示するような単純なシナリオで独自のパーサーを非常に簡単に作成できます。要件に類似した行に沿って単純なC＃式を解析するためにC＃で記述したパーサーについては、 ここ を参照してください。

1
Kent Boogaart

Mini Cのサンプルコード https://github.com/boostorg/spirit/tree/master/example/qi/compiler_tutorial/mini_c をご覧ください。

特に、expression.cpp、expression.hpp、expression_def.hpp、ast.hppを確認してください。式をASTに解析する方法の良い例を示します。

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gvd