逆波兰表示法中的变长运算符后缀

分类：编程问答

如何解决逆波兰表示法中的变长运算符后缀

背景：在传统的逆波兰表示法中，所有运算符都必须具有固定长度，这使得 RPN 很容易被代码评估和操作，因为每个标记、表达式和子表达式都是“自包含的” " 这样就可以盲目地将 y 中的 x y * 替换为 y 1 + 以得到 x y 1 + *，这是另一种有效的表达式，它完全符合您的要求。这是一个带有命名变量支持的简单 RPN 计算器的交互式演示。请注意，演示试图展示算法的要点；它们与生产代码无关，也不代表生产代码。

var rpn = prompt("Please enter RPN string,where each token is " +
  "separated by a space","x 1 x + * 2 /").trim().split(/\s+/);

var stack = [],variables = [],values = [];
for (let i = 0,len = rpn.length|0; i < len; i=i+1|0) {
    if (/^\d*(\.\d*)?$/.test(rpn[i]) && rpn[i] !== "") {
        stack.push( rpn[i] );
    } else if (/^[a-z]$/i.test(rpn[i])) {
        stack.push( rpn[i] );
        if (!~variables.indexOf(rpn[i])) variables.push( rpn[i] );
    } else {
        if(stack.length<2)throw Error("No operand for " + rpn[i]);
        const firstPop = stack.pop(); //lacks check if stack empty
        stack.push( "(" + stack.pop() + rpn[i] + firstPop + ")" );
    }
}
if (stack.length !== 1) throw Error("Invalid RPN got: " + stack);

for (let i = 0,len = variables.sort().length|0; i < len; i=i+1|0)
    values[i] = +prompt(variables[i] + " = ",Math.random()*10|0);

variables.push("'use strict';return(" + stack.pop() + ")");
alert("Result: " + Function.apply(0,variables).apply(0,values));

问题：如何修改或调整 RPN 以适应可变长度的“运算符”（想想函数）？

研究和建议的解决方案：在最终确定为指定的代码语言之前，我使用 RPN 作为代码的中间表示。我想尽可能多地保留 RPN 的有用性和易用性，同时仍然表示可变长度运算符。我设计了三个解决方案，并在下面相当简单的演示中实现了它们。

  1. 一个特殊的 ARGUMENTS_BEGIN 前缀运算符（我们将在此问题中使用 #）。该解决方案与传统 RPN 背道而驰，因为它添加了前缀运算符来表示参数开始的位置。这使得参数列表的大小自动扩展，并有助于调试，因为格式错误的标记替换不会破坏参数列表，从而更容易定位错误。由于需要更多代码来处理嵌套函数调用等情况，这可能会使参数的操作变得更加复杂，但我不完全确定可能会出现什么复杂情况。我猜我会遇到解析包含前缀和后缀运算符的语法的障碍。它还使直接评估变得更加困难，因为需要回溯或单独的堆栈来定位参数的开头。

var rpn = prompt("Please enter a RPN string,"# # x 210 gcd x 6 * 126 gcd").trim()
  .split(/\s+/);

var stack = [],len = rpn.length|0; i < len; i=i+1|0) {
    if (/^\d*(\.\d*)?$/.test(rpn[i]) && rpn[i] !== "") {
        stack.push( rpn[i] );
    } else if (/^[a-z]$/i.test(rpn[i])) {
        stack.push( rpn[i] );
        if (!~variables.indexOf(rpn[i])) variables.push( rpn[i] );
    } else if (/^[a-z]\w*$/i.test(rpn[i])) {
        const s = stack.lastIndexOf("#");
        if(s<0) throw Error("No start of arguments to " + rpn[i]);
        stack.push( rpn[i]+"(" + stack.splice(s).slice(1) + ")" );
    } else if (rpn[i] === '#') {
        stack.push( '#' ); // sparks a syntax error if misused
    } else {
        if(stack.length<2)throw Error("No operand for " + rpn[i]);
        const firstPop = stack.pop();
        stack.push( "(" + stack.pop() + rpn[i] + firstPop + ")" );
    }
}
if (stack.length !== 1) throw Error("Invalid RPN got: " + stack);

for (let i = 0,Math.random()*10|0);

variables.push( "gcd" );
values.push( function gcd(a,b) {return b ? gcd(b,a % b) : a;} );

variables.push("'use strict';return(" + stack.pop() + ")");
alert("Result: " + Function.apply(0,values));

  1. 逗号运算符将参数组合在一起（我们将使用 , 对最后两个项目进行分组，并使用 ~ 表示本问题中的零长度组）。这个解决方案是传统的 RPN，只是对逗号和零组运算符的处理稍有特殊。每个变长运算符都被视为长度为 1（零参数用 ~ 表示）。逗号从两个项目中构建参数列表，每个项目都可以是普通标记、参数列表或零组运算符。优点包括易于操作和解析代码，符合 RPN 的简单性，以及保留 RPN 的令牌独立性。缺点包括 RPN 更难调试，因为一个微小的畸形令牌可能会扰乱整个参数列表并且滚雪球失控，无法检测它是故意还是意外。

var rpn = prompt("Please enter RPN string,"x 6 * 126,210,gcd ~ PI %")
  .trim().split(/\s+/);

var stack = [],len = rpn.length|0; i < len; i=i+1|0) {
    if (/^\d*(\.\d*)?$/.test(rpn[i]) && rpn[i] !== "") {
        stack.push( rpn[i] );
    } else if (/^[a-z]$/i.test(rpn[i])) {
        stack.push( rpn[i] );
        if (!~variables.indexOf(rpn[i])) variables.push( rpn[i] );
    } else if (/^[a-z]\w*$/i.test(rpn[i])) {
        if(stack.length<1)throw Error("No operand for " + rpn[i]);
        stack.push( rpn[i] + "(" + stack.pop() + ")" );
    } else if (rpn[i] === ',') {
        if(stack.length<2)throw Error("No operand for " + rpn[i]);
        const p2 = "" + stack.pop(),p1 = "" + stack.pop();
        stack.push( p1 && p2 ? p1 + "," + p2 : p1 || p2 );
    } else if (rpn[i] === '~') {
        stack.push( "" ); // zero-length group
    } else {
        if(stack.length<2)throw Error("No operand for " + rpn[i]);
        const firstPop = stack.pop(); //lacks check if stack empty
        stack.push( "(" + stack.pop() + rpn[i] + firstPop + ")" );
    }
}
if (stack.length !== 1) throw Error("Invalid RPN got: " + stack);

for (let i = 0,Math.random()*10|0);

variables.push( "gcd","PI" );
values.push( function gcd(a,a % b) : a;} );
values.push( function PI() {return Math.PI;} );

variables.push("'use strict';return(" + stack.pop() + ")");
alert("Result: " + Function.apply(0,values));

  1. 运算符本质上存储它的长度（出于这个问题的目的，我们将在函数名称上附加一个数字）。该方案继承了传统RPN的所有优点。此外，它使解析器的阅读 方面变得简单。此外，调试更容易，因为不会意外插入新参数。但是，它使 RPN 代码的操作和生成更加复杂。更新和生成参数列表很困难，因为该解决方案偏离了 RPN 的令牌独立性方面，因此添加参数（并更改参数）需要两个动作和一个查找（与传统的一个动作和零查找相反）： (1.) 插入参数，(2.) 查找变长运算符的位置，以及 (3.) 更新运算符的长度。

var rpn = prompt("Please enter RPN string,"x 210 gcd2 x 6 * 126 gcd3").trim()
  .split(/\s+/);

var stack = [],len = rpn.length|0,m; i < len; i=i+1|0) {
    if (/^\d*(\.\d*)?$/.test(rpn[i]) && rpn[i] !== "") {
        stack.push( rpn[i] );
    } else if (/^[a-z]$/i.test(rpn[i])) {
        stack.push( rpn[i] );
        if (!~variables.indexOf(rpn[i])) variables.push( rpn[i] );
    } else if (m = rpn[i].match(/^([a-z]+)(\d+)$/i)) {
       if(stack.length<m[2])throw Error("No operand for "+rpn[i]);
        stack.push( m[1] + "(" + stack.splice(-m[2]) + ")" );
    } else {
        if(stack.length<2)throw Error("No operand for " + rpn[i]);
        const firstPop = stack.pop(); //lacks check if stack empty
        stack.push( "(" + stack.pop() + rpn[i] + firstPop + ")" );
    }
}
if (stack.length !== 1) throw Error("Invalid RPN got: " + stack);

for (let i = 0,values));

  1. 堆栈上的嵌套数组（无法进行演示）。该解决方案涉及在堆栈上的运算符之前将参数存储在列表中，这使得代码的直接执行非常容易。然而，这违反了 RPN 的整个原则和优势，即拥有一个扁平的项目列表。或许，如果列表只有一层，问题就不会太大；但是，对于我的用例，我最终会得到深度嵌套的列表。因此，RPN 的操作和 RPN 的生成变得非常困难。

单个问题的推断：这个问题还有其他可能的解决方案吗？这个问题的标准（最常用）解决方案是什么？我的解决方案是否存在根本问题（请提供反例）？我是否忽略了我的解决方案的一些优点/缺点？我的解决方案的算法可以改进吗？

解决方法

我不确定您的计划是（曾经）将您实现的每个函数视为具有其独特元数的单独运算符，还是使用一个“函数调用”运算符从求值器的操作数中提取所需数量的参数调用函数前栈。

如果是后者，最直接的逆波兰转换可能来自：

名称(expr1,expr2...exprN)

为此：

name expr1 expr2...exprN N callFunc

请记住，任何“exprX”都可能是任意复杂的，包括它自己的函数调用。没关系；到“callFunc”到达时，您只需要担心操作数堆栈中最上面的 N+2 项。最棘手的一点是跟踪实际存在的参数数量，并确保计数在“callFunc”之前进入 RPN。

这需要某种堆栈来解释嵌套函数，但除此之外并不太困难。实际上可以使用运算符堆栈（将计数保持在“callFunc”运算符的“下方”，一个已知的偏移量，并在每次遇到逗号时更新它。这自然会处理函数嵌套，但这不是唯一的方法） .

在执行过程中，“callFunc”接受一个参数 N，即从操作数堆栈中取出的参数数量。您可以将它们放入一个列表或数组中，一旦您将其拉出并调用它（很可能间接使用某种字典），您就可以将其传递给“name”。

为了完整起见，您可能希望在解析时进行错误检查，以确保所调用函数的参数数量和类型正确（您可以将该信息保存在指向评估函数的代码的同一字典中）功能）。还要注意逗号出现在它们不应该出现的地方，就像所有格式错误的表达式一样。然后评估者可以愉快地进行，而不必担心任何这些。

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