這篇文章主要講解了“開源純C#表達(dá)式編譯器的實(shí)現(xiàn)方法是什么”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)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(shí)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(jī)變量變化，并將這些變化展現(xiàn)為動(dòng)畫。大部分時(shí)候，界面上一個(gè)圖元組件的某個(gè)狀態(tài)，與單一變量Tag綁定，比如電機(jī)的運(yùn)行態(tài)，綁定一個(gè)MotorRunning信號(hào)；但有些時(shí)候不會(huì)這么簡(jiǎn)單，比如溫度計(jì)在溫度高于50℃顯示紅色;某設(shè)備報(bào)警，可能是多個(gè)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。考慮到工控行業(yè)大部分技術(shù)人員并非計(jì)算機(jī)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(dòng)畫綁定問題，無疑要費(fèi)一番心思。

二、   方案選型

針對(duì)變量動(dòng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯。

但基于下面幾種考慮，我沒有實(shí)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(gè)獨(dú)立的界面設(shè)計(jì)器，我用Visual Studio來肩挑語法編輯、調(diào)試、編譯和界面設(shè)計(jì)的重任，沒必要多此一舉的搞一個(gè)獨(dú)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(qiáng)大的語法功能，配合.NET 類庫幾乎無所不能，同時(shí)C#也支持腳本化，沒有必要在使用其他腳本語言。

對(duì)于復(fù)雜的邏輯，就讓C#配合VS神器來完成吧。

• 運(yùn)算符重載。

曾經(jīng)研究過一個(gè)C#寫的腳本編譯系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)特定集合間的四則運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，如List1.A+List2.A;List1.A>List2.B。看上去集合就像一個(gè)普通的數(shù)值那樣參與運(yùn)算和操作。

運(yùn)算符重載是C#一個(gè)強(qiáng)大的語法功能，可以重載的操作符如下：

運(yùn)算符	可重載性
+、-、!、~、++、--、true、false	可以重載這些一元運(yùn)算符。   true和false運(yùn)算符必須成對(duì)重載。
+、-、*、/、%、&、|、^、<<、>>	可以重載這些二元運(yùn)算符。
==、!=、<、>、<=、>=	可以重載比較運(yùn)算符。必須成對(duì)重載。
&&、||	不能重載條件邏輯運(yùn)算符。   但可以使用能夠重載的&和|進(jìn)行計(jì)算。
[]	不能重載數(shù)組索引運(yùn)算符，但可以定義索引器。
()	不能重載轉(zhuǎn)換運(yùn)算符，但可以定義新的轉(zhuǎn)換運(yùn)算符。
+=、-=、*=、/=、%=、&=、|=、^=、<<=、>>=	不能顯式重載賦值運(yùn)算符。   在重寫單個(gè)運(yùn)算符如+、-、%時(shí)，它們會(huì)被隱式重寫。
=、.、?:、->、new、is、sizeof、typeof

無疑運(yùn)算符重載用的好可以寫出語義更清晰、更簡(jiǎn)潔的代碼。

比如有一種復(fù)數(shù)類型Complex，有兩個(gè)坐標(biāo)x和y；定義ComplexA大于ComplexB為： A的x，y中至少有一個(gè)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(yùn)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(yùn)算符重載在我這個(gè)編譯器也有它用武之地。

但出于下面兩個(gè)原因，它只適合作為編譯引擎的輔助，而不適合單獨(dú)使用：

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

2. 運(yùn)算符重載可以減少重復(fù)的代碼，讓語法更簡(jiǎn)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(jiǎn)單的辦法是直接寫代碼，例如：如果一臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行需要A,B,C三個(gè)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(gè)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(gè)動(dòng)畫，這樣的代碼就要寫50次。不但浪費(fèi)時(shí)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(duì)于大部分零編程基礎(chǔ)的上位機(jī)設(shè)計(jì)人員，他們需要的是一種沒有學(xué)習(xí)和理解成本的、簡(jiǎn)單直觀的變量綁定方式。

比如溫度計(jì)在溫度高于50℃顯示紅色，就一句話【temperature>50】;某設(shè)備顯示報(bào)警，可能是多個(gè)報(bào)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(qiáng)大的表達(dá)式引擎，如果能解析這類變量表達(dá)式，設(shè)計(jì)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(diǎn)C#就可以實(shí)現(xiàn)。這樣就可以做到使用簡(jiǎn)單，上手容易，同時(shí)又可以滿足復(fù)雜的需求。

同時(shí)還有下面幾個(gè)額外的好處：

最少的編碼量：在一個(gè)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：

 

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(jì)器擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的語法編輯器，實(shí)現(xiàn)語法高亮、自動(dòng)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(gè)編譯器的主要代碼在Eval類。

三、   自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)編譯器

• 編譯原理

大學(xué)計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)編譯器的關(guān)鍵。

逆波蘭表達(dá)式的優(yōu)勢(shì)在于只用兩種簡(jiǎn)單操作，入棧和出棧就可以搞定任何普通表達(dá)式的運(yùn)算。其運(yùn)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(yùn)算符，則將棧頂兩個(gè)元素彈出作相應(yīng)運(yùn)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(shí)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(shí)可以參考博客園 裝配腦袋 的自己動(dòng)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(gè)SCADA項(xiàng)目為例：

• 定義語法

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

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

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(gè)字符串轉(zhuǎn)換為一個(gè)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(gè)數(shù)組；按照優(yōu)先級(jí)出棧入棧；返回一個(gè)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(yùn)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(huì)將該參數(shù)編譯為一個(gè)Tag。經(jīng)過處理最終返回一個(gè)LambdaExpression。

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

四、   應(yīng)用場(chǎng)景

•   表達(dá)式與動(dòng)畫綁定

在每一個(gè)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(duì)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(gè)相關(guān)Tag的列表；遍歷這個(gè)Tag列表，將其值變化事件ValueChanged與這個(gè)函數(shù)鏈接起來。這樣，在加載界面的時(shí)候已經(jīng)完成了編譯過程，相關(guān)變量的值一旦改變，就會(huì)根據(jù)表達(dá)式返回一個(gè)值，如果這個(gè)值是布爾量，同時(shí)與電機(jī)的運(yùn)行動(dòng)畫綁定，就完成了從表達(dá)式到動(dòng)畫的觸發(fā)過程。

•   復(fù)雜報(bào)警條件

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

•  未來改進(jìn)

編輯器改進(jìn)：支持命令自動(dòng)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(fù)雜語法：目前的語法僅僅是簡(jiǎn)單的四則運(yùn)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(shí)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(duì)開源純C#表達(dá)式編譯器的實(shí)現(xiàn)方法是什么這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)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(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！

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