開源純C#表達式編譯器的實現方法是什么

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

一、   引子

 監控畫面的主要功能之一就是跟蹤下位機變量變化，并將這些變化展現為動畫。大部分時候，界面上一個圖元組件的某個狀態，與單一變量Tag綁定，比如電機的運行態，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;某設備報警，可能是多個條件其中之一觸發的結果；變量變化觸發一系列連鎖反應…如此種種。考慮到工控行業大部分技術人員并非計算機專業出身，如何能夠用最少的編碼解決各種復雜的變量-動畫綁定問題，無疑要費一番心思。

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、調試器和編譯器，調用的API包羅萬象，如數據庫API，通訊API，畫面組態API…可以用腳本實現非常復雜的邏輯。

但基于下面幾種考慮，我沒有實現這類的腳本編譯器：

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

2. C#結合Visual Studio來調用通訊、數據庫鏈接的各類函數，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。

對于復雜的邏輯，就讓C#配合VS神器來完成吧。

• 運算符重載。

曾經研究過一個C#寫的腳本編譯系統，它可以實現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。看上去集合就像一個普通的數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：

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。

比如有一種復數類型Complex，有兩個坐標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（相應的最好重載>=,<,<=），以后只需要A>B就能代替重復啰嗦的A.x>B.x||A.y>B.y。更可喜的是，重載后的>,<這些運算符，在.Net表達式樹(ExpressionTree)中已經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變為true，再看看其他兩個變量觸發沒有。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)

                      {

                          //執行

                      }

                  };

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

                {

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

                    {

                        //執行

                    }

                };

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

                {

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

                    {

                        //執行

                    }

                };

            }

看上去不算復雜吧？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。

•  表達式編譯器

對于大部分零編程基礎的上位機設計人員，他們需要的是一種沒有學習和理解成本的、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】;某設備顯示報警，可能是多個報警變量其中之一觸發的結果，只需寫【Alarm1||Alarm2||Alarm3】…借助微軟強大的表達式引擎，如果能解析這類變量表達式，設計者只需要知道圖元與變量的邏輯關系；而極少數表達式也難以企及的功能，略微懂一點C#就可以實現。這樣就可以做到使用簡單，上手容易，同時又可以滿足復雜的需求。

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內用直觀的方式嵌入：

1. 可以用復制、粘貼和文本替換等功能減少重復編碼；

2. 可以充分利用WPF的設計器擴展，實現一個簡單的語法編輯器，實現語法高亮、自動完成并執行語法檢查；

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、   自己實現一個編譯器

• 編譯原理

大學計算機都有一門編譯原理課程。當年我也捧著一本教材，被“波蘭表達式”、“逆波蘭表達式”繞的云里霧里，然而逆波蘭表達式是實現編譯器的關鍵。

逆波蘭表達式的優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式的運算。其運算方式如下：

如果當前字符為變量或者為數字，則壓棧，如果是運算符，則將棧頂兩個元素彈出作相應運算，結果再入棧，最后當表達式掃描完后，棧里的就是結果。

如何實現自己的編譯器，微軟已經給大家現成的輪子了。微軟的Expression類提供了一套拼接、編譯Lambda表達式的完整方法，可以用它輕松定義你自己的語法。相關知識可以參考博客園 裝配腦袋 的自己動手開發編譯器系列文章：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函數按照C#的運算符優先級定義運算優先級。

定義了@開頭的自定義函數如@Date取當前日期、@App取當前路徑等。

IsConstant方法定義系統常數，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換為一個帶返回值的函數；函數的參數就是表達式相關的Tag的值。依次為：

1. RpnExpression方法：將中綴表達式轉換為逆波蘭表達式。用關鍵字將表達式字符串分割為一個數組；按照優先級出棧入棧；返回一個逆波蘭表達式順序的字符串列表。

2. ComplieRpnExp方法：根據逆波蘭表達式順序，依次彈出運算符轉換為Expression的各子類如二元表達式BinaryExpression、條件表達式ConditionalExpression、常數表達式ConstantExpression等；參數首先判斷是否常數，如果不是，則調用GetTagExpression方法，將字符串轉換為方法調用MethodCallExpression，最終會將該參數編譯為一個Tag。經過處理最終返回一個LambdaExpression。

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

四、   應用場景

•   表達式與動畫綁定

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

•   復雜報警條件

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

•  未來改進

編輯器改進：支持命令自動完成、語法高亮、更完善的語法檢查。可考慮Sharpdevelop的編輯控件。

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

感謝各位的閱讀，以上就是“開源純C#表達式編譯器的實現方法是什么”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對開源純C#表達式編譯器的實現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。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！