Как преобразовать строку в логическое выражение в java [duplicate]

Поскольку есть много ответов, я добавляю свою реализацию поверх метода eval() с некоторыми дополнительными функциями, такими как поддержка факториала, оценка сложных выражений и т. д.

package evaluation;

import java.math.BigInteger;
import java.util.EmptyStackException;
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;
import javax.script.ScriptEngine;
import javax.script.ScriptEngineManager;
import javax.script.ScriptException;

public class EvalPlus {
    private static Scanner scanner = new Scanner(System.in);

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("This Evaluation is based on BODMAS rule\n");
        evaluate();
    }

    private static void evaluate() {
        StringBuilder finalStr = new StringBuilder();
        System.out.println("Enter an expression to evaluate:");
        String expr = scanner.nextLine(); 
        if(isProperExpression(expr)) {
            expr = replaceBefore(expr);
            char[] temp = expr.toCharArray();
            String operators = "(+-*/%)";
            for(int i = 0; i < temp.length; i++) {
                if((i == 0 && temp[i] != '*') || (i == temp.length-1 && temp[i] != '*' && temp[i] != '!')) {
                    finalStr.append(temp[i]);
                } else if((i > 0 && i < temp.length -1) || (i==temp.length-1 && temp[i] == '!')) {
                    if(temp[i] == '!') {
                        StringBuilder str = new StringBuilder();
                        for(int k = i-1; k >= 0; k--) {
                            if(Character.isDigit(temp[k])) {
                                str.insert(0, temp[k] );
                            } else {
                                break;
                            }
                        }
                        Long prev = Long.valueOf(str.toString());
                        BigInteger val = new BigInteger("1");
                        for(Long j = prev; j > 1; j--) {
                            val = val.multiply(BigInteger.valueOf(j));
                        }
                        finalStr.setLength(finalStr.length() - str.length());
                        finalStr.append("(" + val + ")");
                        if(temp.length > i+1) {
                            char next = temp[i+1];
                            if(operators.indexOf(next) == -1) { 
                                finalStr.append("*");
                            }
                        }
                    } else {
                        finalStr.append(temp[i]);
                    }
                }
            }
            expr = finalStr.toString();
            if(expr != null && !expr.isEmpty()) {
                ScriptEngineManager mgr = new ScriptEngineManager();
                ScriptEngine engine = mgr.getEngineByName("JavaScript");
                try {
                    System.out.println("Result: " + engine.eval(expr));
                    evaluate();
                } catch (ScriptException e) {
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
            } else {
                System.out.println("Please give an expression");
                evaluate();
            }
        } else {
            System.out.println("Not a valid expression");
            evaluate();
        }
    }

    private static String replaceBefore(String expr) {
        expr = expr.replace("(", "*(");
        expr = expr.replace("+*", "+").replace("-*", "-").replace("**", "*").replace("/*", "/").replace("%*", "%");
        return expr;
    }

    private static boolean isProperExpression(String expr) {
        expr = expr.replaceAll("[^()]", "");
        char[] arr = expr.toCharArray();
        Stack<Character> stack = new Stack<Character>();
        int i =0;
        while(i < arr.length) {
            try {
                if(arr[i] == '(') {
                    stack.push(arr[i]);
                } else {
                    stack.pop();
                }
            } catch (EmptyStackException e) {
                stack.push(arr[i]);
            }
            i++;
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}

. gist в любое время здесь . Также прокомментируйте, есть ли какие-либо проблемы. Спасибо.

Как и в предыдущих ответах, для этого нет стандартного API в Java.

Вы можете добавить файлы groovy jar на свой путь и groovy.util.Eval.me («4 * 5») выполняет свою работу.

Я мог бы посоветовать вам использовать Exp4j . Это легко понять, как вы можете видеть из следующего примера кода:

Expression e = new ExpressionBuilder("3 * sin(y) - 2 / (x - 2)")
    .variables("x", "y")
    .build()
    .setVariable("x", 2.3)
    .setVariable("y", 3.14);
double result = e.evaluate();

Написание собственной библиотеки не так сложно, как может быть. Вот ссылка на алгоритм Shunting-yard с пошаговым описанием алгоритма. Хотя вам сначала придется разобрать вход для токенов.

Есть еще два вопроса, которые также могут дать вам некоторую информацию: Повернуть строку в математическое выражение? Что такое хорошая библиотека для разбора математических выражений в java?

Нет, вы не можете иметь общий «eval» в Java (или любой скомпилированный язык). Если вы не захотите написать компилятор Java и JVM для выполнения внутри вашей Java-программы.

Да, у вас может быть библиотека для оценки числовых алгебраических выражений, таких как выше - см. эту тему для обсуждения .

В JavaSE ничего не будет сделано; вам придется искать сторонние библиотеки или писать свои собственные.

Существует очень мало реальных случаев использования, когда возможность оценить String как фрагмент кода Java необходима или желательна. То есть, спрашивать, как это сделать, действительно проблема XY : у вас действительно есть другая проблема, которая может быть решена по-другому.

Сначала спросите себя, где это String, из которого вы хотите оценить?

• Другая часть моей программы сгенерировала его: так, вы хотите, чтобы одна часть вашей программы определяла вид чтобы выполнить, но не выполнить операцию, и вторую часть, которая выполняет выбранную операцию. Вместо генерации и затем оценки String используйте шаблон дизайна Strategy , Command или Builder , в зависимости от вашего конкретного случая.
• Пользователь вводит данные: пользователь может ввести что угодно , включая команды, которые при исполнении могут привести к неправильной работе вашей программы, сбою, раскрытию информации, которая должна быть секретной, повреждению постоянной информации (например, содержимое базы данных) и другие подобные гадости. Единственный способ предотвратить это - это проанализировать String самостоятельно, проверить, что это не злонамеренно, а затем оценить его. Но синтаксический анализ его - большая часть работы, которую запросила функция eval, поэтому вы ничего не спасли. Хуже того, проверка того, что произвольный Java не был вредоносным, является невозможным , потому что проверка является проблемой остановки .
• Это пользовательский ввод, но синтаксис и семантика допустимого текста для оценки сильно ограничены: никакой объект общего назначения не может легко реализовать анализатор и оценщик общего назначения для любого ограниченного синтаксиса и семантики, которые вы выбрали. Что вам нужно сделать, так это реализовать анализатор и оценщик для выбранного вами синтаксиса и семантики. Если задача проста, вы можете написать простой рекурсивный спуск или парсер конечного состояния вручную. Если задача сложная, вы можете использовать компилятор compiler-compiler (например, ANTLR), чтобы выполнить некоторую работу для вас.
• Я просто хочу реализовать настольный калькулятор! : Домашнее задание, а? Если бы вы могли реализовать оценку входного выражения с помощью предоставленной функции eval, это не было бы большой частью домашнего задания, не так ли? Ваша программа будет длиться три строки. Ваш инструктор, вероятно, ожидает, что вы напишете код для простого арифметического анализатора / оценщика. Существует хорошо известный алгоритм shunting-yard , который может вам пригодиться.

Нет стандартного Java-класса или метода, который будет делать то, что вы хотите. Ваши варианты включают в себя:

• Выберите и используйте некоторую стороннюю библиотеку оценки выражений. Например, JEL или любой из полдюжины библиотек, перечисленных здесь здесь .
• Оберните выражение в исходном коде Java для класса с eval метод, отправьте это компилятору Java, а затем загрузите полученный скомпилированный класс.
• Используйте некоторый язык сценариев, который можно вызывать из Java в качестве оценщика выражений. Возможности включают Javascript, BeanShell и т. Д.
• Напишите свой собственный оценщик выражений с нуля.

Первый подход, вероятно, самый простой. Второй и третий подходы представляют собой потенциальный риск для безопасности, если вы получите выражение для оценки от ненадежного пользователя. (Думайте, что код инъекции.)

Увлекательным способом решения вашей проблемы может быть кодирование функции eval () самостоятельно! Я сделал это для вас!

Вы можете использовать библиотеку FunctionSolver, просто введя в свой код функцию FunctionSolver.solveByX ( , ). Атрибут функции - это String, который представляет функцию, которую вы хотите решить, атрибут value - это значение независимой переменной вашей функции (которая ДОЛЖНА быть x).

Если вы хотите решить функцию, которая содержит более одной независимой переменной, вы можете использовать функции FunctionSolver.solve ( , ), где values ​​ является HashMap (String, Double) , который содержит все ваши независимые атрибуты (как строки) и их соответствующие значения (в виде парных разрядов).

Другая часть информации: я закодировал простую версию FunctionSolver, поэтому она поддерживает только методы Math , которые возвращают двойное значение и которое принимает одно или два двойных значения в качестве полей (просто используйте FunctionSolver.usableMathMethods (), если вам любопытно) (Эти методы: bs, sin, cos, tan, atan2, sqrt, log, log10, pow, exp, min, max, copySign, signum, IEEEremainder, acos, asin, atan, cbrt , ceil, cosh, expm1, floor, hypot, lo g1p, nextAfter, nextDown, nextUp, random, rint, sinh, tanh, toDegrees, toRadians, ulp) . Кроме того, эта библиотека поддерживает следующие операторы: * / + - ^ (даже если java обычно не поддерживает оператор ^).

Последнее: при создании этой библиотеки мне пришлось использовать отражения для вызова Математические методы . Я думаю, что это действительно здорово, просто посмотрите на это , если вы заинтересованы!

Вот и все, вот код (и библиотека ]):

package core;

 import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
 import java.lang.reflect.Method;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Arrays;
 import java.util.HashMap;

 public abstract class FunctionSolver {

public static double solveNumericExpression (String expression) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
    return solve(expression, new HashMap<>());
}

public static double solveByX (String function, double value) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {

    HashMap<String, Double> values = new HashMap<>();
    values.put("x", value);
    return solveComplexFunction(function, function, values);
}

public static double solve (String function, HashMap<String,Double> values) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {

    return solveComplexFunction(function, function, values);
}

private static double solveComplexFunction (String function, String motherFunction, HashMap<String, Double> values) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {

    int position = 0;
    while(position < function.length()) {
        if (alphabetic.contains(""+function.charAt(position))) {
            if (position == 0 || !alphabetic.contains(""+function.charAt(position-1))) {
                int endIndex = -1;
                for (int j = position ; j < function.length()-1 ; j++) {
                    if (alphabetic.contains(""+function.charAt(j)) 
                            && !alphabetic.contains(""+function.charAt(j+1))) {
                        endIndex = j;
                        break;
                    }
                }
                if (endIndex == -1 & alphabetic.contains(""+function.charAt(function.length()-1))) {
                    endIndex = function.length()-1;
                }
                if (endIndex != -1) {
                    String alphabeticElement = function.substring(position, endIndex+1);
                    if (Arrays.asList(usableMathMethods()).contains(alphabeticElement)) {
                        //Start analyzing a Math function
                        int closeParenthesisIndex = -1;
                        int openedParenthesisquantity = 0;
                        int commaIndex = -1;
                        for (int j = endIndex+1 ; j < function.length() ; j++) {
                            if (function.substring(j,j+1).equals("(")) {
                                openedParenthesisquantity++;
                            }else if (function.substring(j,j+1).equals(")")) {
                                openedParenthesisquantity--;
                                if (openedParenthesisquantity == 0) {
                                    closeParenthesisIndex = j;
                                    break;
                                }
                            }else if (function.substring(j,j+1).equals(",") & openedParenthesisquantity == 0) {
                                if (commaIndex == -1) {
                                    commaIndex = j;
                                }else{
                                    throw new IllegalArgumentException("The argument of math function (which is "+alphabeticElement+") has too many commas");
                                }
                            }
                        }
                        if (closeParenthesisIndex == -1) {
                            throw new IllegalArgumentException("The argument of a Math function (which is "+alphabeticElement+") hasn't got the closing bracket )");
                        }   
                        String functionArgument = function.substring(endIndex+2,closeParenthesisIndex);
                        if (commaIndex != -1) {
                            double firstParameter = solveComplexFunction(functionArgument.substring(0,commaIndex),motherFunction,values);
                            double secondParameter = solveComplexFunction(functionArgument.substring(commaIndex+1),motherFunction,values);
                            Method mathMethod = Math.class.getDeclaredMethod(alphabeticElement, new Class<?>[] {double.class, double.class});
                            mathMethod.setAccessible(true);
                            String newKey = getNewKey(values);
                            values.put(newKey, (Double) mathMethod.invoke(null, firstParameter, secondParameter));
                            function = function.substring(0, position)+newKey
                                       +((closeParenthesisIndex == function.length()-1)?(""):(function.substring(closeParenthesisIndex+1)));
                        }else {
                            double firstParameter = solveComplexFunction(functionArgument, motherFunction, values);
                            Method mathMethod = Math.class.getDeclaredMethod(alphabeticElement, new Class<?>[] {double.class});
                            mathMethod.setAccessible(true);
                            String newKey = getNewKey(values);
                            values.put(newKey, (Double) mathMethod.invoke(null, firstParameter));
                            function = function.substring(0, position)+newKey
                                       +((closeParenthesisIndex == function.length()-1)?(""):(function.substring(closeParenthesisIndex+1)));
                        }   
                    }else if (!values.containsKey(alphabeticElement)) {
                        throw new IllegalArgumentException("Found a group of letters ("+alphabeticElement+") which is neither a variable nor a Math function: ");
                    }
                }
            }
        }
        position++;
    }
    return solveBracketsFunction(function,motherFunction,values);
}

private static double solveBracketsFunction (String function,String motherFunction,HashMap<String, Double> values) throws IllegalArgumentException{

    function = function.replace(" ", "");
    String openingBrackets = "([{";
    String closingBrackets = ")]}";
    int parenthesisIndex = 0;
    do {
        int position = 0;
        int openParenthesisBlockIndex = -1;
        String currentOpeningBracket = openingBrackets.charAt(parenthesisIndex)+"";
        String currentClosingBracket = closingBrackets.charAt(parenthesisIndex)+"";
        if (contOccouranceIn(currentOpeningBracket,function) != contOccouranceIn(currentClosingBracket,function)) {
            throw new IllegalArgumentException("Error: brackets are misused in the function "+function);
        }
        while (position < function.length()) {
            if (function.substring(position,position+1).equals(currentOpeningBracket)) {
                if (position != 0 && !operators.contains(function.substring(position-1,position))) {
                    throw new IllegalArgumentException("Error in function: there must be an operator following a "+currentClosingBracket+" breacket");
                }
                openParenthesisBlockIndex = position;
            }else if (function.substring(position,position+1).equals(currentClosingBracket)) {
                if (position != function.length()-1 && !operators.contains(function.substring(position+1,position+2))) {
                    throw new IllegalArgumentException("Error in function: there must be an operator before a "+currentClosingBracket+" breacket");
                }
                String newKey = getNewKey(values);
                values.put(newKey, solveBracketsFunction(function.substring(openParenthesisBlockIndex+1,position),motherFunction, values));
                function = function.substring(0,openParenthesisBlockIndex)+newKey
                           +((position == function.length()-1)?(""):(function.substring(position+1)));
                position = -1;
            }
            position++;
        }
        parenthesisIndex++;
    }while (parenthesisIndex < openingBrackets.length());
    return solveBasicFunction(function,motherFunction, values);
}

private static double solveBasicFunction (String function, String motherFunction, HashMap<String, Double> values) throws IllegalArgumentException{

    if (!firstContainsOnlySecond(function, alphanumeric+operators)) {
        throw new IllegalArgumentException("The function "+function+" is not a basic function");
    }
    if (function.contains("**") |
        function.contains("//") |
        function.contains("--") |
        function.contains("+*") |
        function.contains("+/") |
        function.contains("-*") |
        function.contains("-/")) {
        /*
         * ( -+ , +- , *- , *+ , /- , /+ )> Those values are admitted
         */
        throw new IllegalArgumentException("Operators are misused in the function");
    }
    function = function.replace(" ", "");
    int position;
    int operatorIndex = 0;
    String currentOperator;
    do {
        currentOperator = operators.substring(operatorIndex,operatorIndex+1);
        if (currentOperator.equals("*")) {
            currentOperator+="/";
            operatorIndex++;
        }else if (currentOperator.equals("+")) {
            currentOperator+="-";
            operatorIndex++;
        }
        operatorIndex++;
        position = 0;
        while (position < function.length()) {
            if ((position == 0 && !(""+function.charAt(position)).equals("-") && !(""+function.charAt(position)).equals("+") && operators.contains(""+function.charAt(position))) ||
                (position == function.length()-1 && operators.contains(""+function.charAt(position)))){
                throw new IllegalArgumentException("Operators are misused in the function");
            }
            if (currentOperator.contains(function.substring(position, position+1)) & position != 0) {
                int firstTermBeginIndex = position;
                while (firstTermBeginIndex > 0) {
                    if ((alphanumeric.contains(""+function.charAt(firstTermBeginIndex))) & (operators.contains(""+function.charAt(firstTermBeginIndex-1)))){
                        break;
                    }
                    firstTermBeginIndex--;
                }
                if (firstTermBeginIndex != 0 && (function.charAt(firstTermBeginIndex-1) == '-' | function.charAt(firstTermBeginIndex-1) == '+')) {
                    if (firstTermBeginIndex == 1) {
                        firstTermBeginIndex--;
                    }else if (operators.contains(""+(function.charAt(firstTermBeginIndex-2)))){
                        firstTermBeginIndex--;
                    }
                }
                String firstTerm = function.substring(firstTermBeginIndex,position);
                int secondTermLastIndex = position;
                while (secondTermLastIndex < function.length()-1) {
                    if ((alphanumeric.contains(""+function.charAt(secondTermLastIndex))) & (operators.contains(""+function.charAt(secondTermLastIndex+1)))) {
                        break;
                    }
                    secondTermLastIndex++;
                }
                String secondTerm = function.substring(position+1,secondTermLastIndex+1);
                double result;
                switch (function.substring(position,position+1)) {
                    case "*": result = solveSingleValue(firstTerm,values)*solveSingleValue(secondTerm,values); break;
                    case "/": result = solveSingleValue(firstTerm,values)/solveSingleValue(secondTerm,values); break;
                    case "+": result = solveSingleValue(firstTerm,values)+solveSingleValue(secondTerm,values); break;
                    case "-": result = solveSingleValue(firstTerm,values)-solveSingleValue(secondTerm,values); break;
                    case "^": result = Math.pow(solveSingleValue(firstTerm,values),solveSingleValue(secondTerm,values)); break;
                    default: throw new IllegalArgumentException("Unknown operator: "+currentOperator);
                }
                String newAttribute = getNewKey(values);
                values.put(newAttribute, result);
                function = function.substring(0,firstTermBeginIndex)+newAttribute+function.substring(secondTermLastIndex+1,function.length());
                deleteValueIfPossible(firstTerm, values, motherFunction);
                deleteValueIfPossible(secondTerm, values, motherFunction);
                position = -1;
            }
            position++;
        }
    }while (operatorIndex < operators.length());
    return solveSingleValue(function, values);
}

private static double solveSingleValue (String singleValue, HashMap<String, Double> values) throws IllegalArgumentException{

    if (isDouble(singleValue)) {
        return Double.parseDouble(singleValue);
    }else if (firstContainsOnlySecond(singleValue, alphabetic)){
        return getValueFromVariable(singleValue, values);
    }else if (firstContainsOnlySecond(singleValue, alphanumeric+"-+")) {
        String[] composition = splitByLettersAndNumbers(singleValue);
        if (composition.length != 2) {
            throw new IllegalArgumentException("Wrong expression: "+singleValue);
        }else {
            if (composition[0].equals("-")) {
                composition[0] = "-1";
            }else if (composition[1].equals("-")) {
                composition[1] = "-1";
            }else if (composition[0].equals("+")) {
                composition[0] = "+1";
            }else if (composition[1].equals("+")) {
                composition[1] = "+1";
            }
            if (isDouble(composition[0])) {
                return Double.parseDouble(composition[0])*getValueFromVariable(composition[1], values);
            }else if (isDouble(composition[1])){
                return Double.parseDouble(composition[1])*getValueFromVariable(composition[0], values);
            }else {
                throw new IllegalArgumentException("Wrong expression: "+singleValue);
            }
        }
    }else {
        throw new IllegalArgumentException("Wrong expression: "+singleValue);
    }
}

private static double getValueFromVariable (String variable, HashMap<String, Double> values) throws IllegalArgumentException{

    Double val = values.get(variable);
    if (val == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Unknown variable: "+variable);
    }else {
        return val;
    }
}

/*
 * FunctionSolver help tools:
 * 
 */

private static final String alphabetic = "abcdefghilmnopqrstuvzwykxy";
private static final String numeric = "0123456789.";
private static final String alphanumeric = alphabetic+numeric;
private static final String operators = "^*/+-"; //--> Operators order in important!

private static boolean firstContainsOnlySecond(String firstString, String secondString) {

    for (int j = 0 ; j < firstString.length() ; j++) {
        if (!secondString.contains(firstString.substring(j, j+1))) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

private static String getNewKey (HashMap<String, Double> hashMap) {

    String alpha = "abcdefghilmnopqrstuvzyjkx";
    for (int j = 0 ; j < alpha.length() ; j++) {
        String k = alpha.substring(j,j+1);
        if (!hashMap.containsKey(k) & !Arrays.asList(usableMathMethods()).contains(k)) {
            return k;
        }
    }
    for (int j = 0 ; j < alpha.length() ; j++) {
        for (int i = 0 ; i < alpha.length() ; i++) {
            String k = alpha.substring(j,j+1)+alpha.substring(i,i+1);
            if (!hashMap.containsKey(k) & !Arrays.asList(usableMathMethods()).contains(k)) {
                return k;
            }
        }
    }
    throw new NullPointerException();
}

public static String[] usableMathMethods () {

    /*
     *  Only methods that:
     *  return a double type
     *  present one or two parameters (which are double type)
     */

    Method[] mathMethods = Math.class.getDeclaredMethods();
    ArrayList<String> usableMethodsNames = new ArrayList<>();
    for (Method method : mathMethods) {
        boolean usable = true;
        int argumentsCounter = 0;
        Class<?>[] methodParametersTypes = method.getParameterTypes();
        for (Class<?> parameter : methodParametersTypes) {
            if (!parameter.getSimpleName().equalsIgnoreCase("double")) {
                usable = false;
                break;
            }else {
                argumentsCounter++;
            }
        }
        if (!method.getReturnType().getSimpleName().toLowerCase().equals("double")) {
            usable = false;
        }
        if (usable & argumentsCounter<=2) {
            usableMethodsNames.add(method.getName());
        }
    }
    return usableMethodsNames.toArray(new String[usableMethodsNames.size()]);
}

private static boolean isDouble (String number) {
    try {
        Double.parseDouble(number);
        return true;
    }catch (Exception ex) {
        return false;
    }
}

private static String[] splitByLettersAndNumbers (String val) {
    if (!firstContainsOnlySecond(val, alphanumeric+"+-")) {
        throw new IllegalArgumentException("Wrong passed value: <<"+val+">>");
    }
    ArrayList<String> response = new ArrayList<>();
    String searchingFor;
    int lastIndex = 0;
    if (firstContainsOnlySecond(""+val.charAt(0), numeric+"+-")) {
        searchingFor = alphabetic;
    }else {
        searchingFor = numeric+"+-";
    }
    for (int j = 0 ; j < val.length() ; j++) {
        if (searchingFor.contains(val.charAt(j)+"")) {
            response.add(val.substring(lastIndex, j));
            lastIndex = j;
            if (searchingFor.equals(numeric+"+-")) {
                searchingFor = alphabetic;
            }else {
                searchingFor = numeric+"+-";
            }
        }
    }
    response.add(val.substring(lastIndex,val.length()));
    return response.toArray(new String[response.size()]);
}

private static void deleteValueIfPossible (String val, HashMap<String, Double> values, String function) {
    if (values.get(val) != null & function != null) {
        if (!function.contains(val)) {
            values.remove(val);
        }
    }
}

private static int contOccouranceIn (String howManyOfThatString, String inThatString) {
    return inThatString.length() - inThatString.replace(howManyOfThatString, "").length();
}
 }