當(dāng)然，標(biāo)題有點吸引人，但確實如此（您當(dāng)然不相信自己沒有偽造自己的基準(zhǔn)，但這是另一回事了）。

因此，上周我正在尋找一個小型且可用的庫來評估數(shù)學(xué)表達(dá)式。 我?guī)缀踔苯优既话l(fā)現(xiàn)了這個stackoverflow帖子 。 推薦的庫（ Expr ）確實非常快，幾乎滿足了我的所有需求。 但是，它沒有提供限制變量范圍的功能（一切都在VM內(nèi)的一個全局命名空間中）。

因此，我做到了，通常這是我們不應(yīng)該做的：我重新發(fā)明了輪子，并編寫了自己的解析器/評估器。 無論如何，這是一個下雨的星期六，所以我認(rèn)為一個小的遞歸降序解析器，一個可以簡化并最終計算表達(dá)式以及一個用于管理變量的小助手的AST似乎并不重要。 事實并非如此。 我有一個初步的實現(xiàn)，并運行得非?？臁?一旦進(jìn)行了一些測試，使我確信它可以正確地計算所有內(nèi)容，我想知道與原始文章中提到的其他庫相比，評估器的運行速度。 由于沒有手動優(yōu)化每個內(nèi)部循環(huán)和所有內(nèi)容，因此我沒有太大期望，畢竟有些庫還是商業(yè)庫。 因此，當(dāng)我查看結(jié)果時，我感到非常驚訝。 下面的列表顯示了一個微型基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)使用相應(yīng)的庫評估相同的表達(dá)。 我的庫parsii的測量是使用最終版本完成的，該版本執(zhí)行了一些簡化操作，例如預(yù)先評估常量表達(dá)式。 但是，沒有像字節(jié)碼生成之類的“黑魔法”或該聯(lián)盟中的任何事情完成。

對于性能測量，表達(dá)式x為（2 +（7 – 5）* 3.14159 * x ^（12-10）+ sin（-3.141）”，其中x從0到1000000。對JIT進(jìn)行10次加熱。然后再執(zhí)行15次，平均執(zhí)行時間為：

• PARSII ：28.3毫秒
• 曝光 ：37.2毫秒
• MathEval ：7748.5毫秒
• JEP ：647.0毫秒
• MESP ：220.8毫秒
• JFEP ：274.3毫秒

現(xiàn)在，我敢肯定，這些庫中的每一個都有各自的優(yōu)勢，因此無法直接進(jìn)行比較。 看到一個簡單的實現(xiàn)可以很好地競爭仍然令人驚奇。

對于那些不太了解編譯器構(gòu)造的人，下面簡要介紹一下它的工作原理：

與任何解析器或編譯器一樣，parsii使用經(jīng)典的方法是使用分詞器 ，該工具將字符流轉(zhuǎn)換為令牌流。 因此，作為字符數(shù)組的“ 4”，“”，“ +”，“”，“ 3”，“”，“ *”，“ 8”的“ 4 + 3 * 8”將被轉(zhuǎn)換為：

• 4（整數(shù)）
• +（符號）
• 3（整數(shù)）
• *（符號）
• 8（整數(shù)）

令牌生成器查看當(dāng)前字符，然后確定要查看的令牌類型，然后讀取屬于該令牌的所有字符。 每個標(biāo)記都有其類型，文本內(nèi)容，并且知道其起始位置（行和字符）。 網(wǎng)上有很多深入的教程，因此這里不再贅述。 您可以看一下源代碼，但是正如我所說的，它只是一個簡單的基本實現(xiàn)。

解析器將經(jīng)典的遞歸降序解析器轉(zhuǎn)換為AST（抽象語法樹），然后可以對其進(jìn)行評估。 這是構(gòu)建解析器的最簡單方法之一，因為它完全是手工編寫的，而不是由工具生成的。 這樣的解析器基本上包含每個語法規(guī)則的方法。

再次有很多此類解析器的教程。 但是，大多數(shù)示例遺漏的是正確的錯誤處理。 除了正確，快速地解析表達(dá)式之外，良好的錯誤處理是良好的解析器的主要方面之一。 這并不難：正如您在源代碼中所看到的那樣，解析器在解析表達(dá)式時從不拋出異常。 將收集所有錯誤，并且解析器將繼續(xù)盡可能長的時間。 即使在出現(xiàn)第一個錯誤之后，仍無法正確評估生成的AST，但請務(wù)必繼續(xù)操作，并且應(yīng)該一次報告盡可能多的錯誤，這一點很重要。 令牌生成器使用相同的方法，因為將格式不正確的令牌（例如帶有兩個小數(shù)分隔符的十進(jìn)制數(shù)字）報告給同一錯誤列表。

評估AST是解析表達(dá)式的結(jié)果，這非常容易。 語法樹的每個節(jié)點都有一個評估方法，該方法將由其父節(jié)點從根節(jié)點開始調(diào)用。 此處eval的結(jié)果是對表達(dá)式求值的結(jié)果。 可以在BinaryOperation中找到這種方法的基本示例，它表示+，-，*等操作。

為了稍微縮短評估時間，執(zhí)行了三個優(yōu)化：

首先，在解析AST之后，在根節(jié)點上調(diào)用一種稱為simple的方法，該方法會傳播到每個子節(jié)點。 然后，每個節(jié)點決定是否可以找到自己的子表達(dá)式的更簡單表示形式。 例如：對于二進(jìn)制運算 ，我們檢查兩個操作數(shù)是否都是常數(shù)（數(shù)字）。 在這種情況下，我們對表達(dá)式求值并返回包含操作結(jié)果的新常量。 對于所有參數(shù)都恒定的函數(shù)，也可以這樣做。

在表達(dá)式中使用變量時完成第二次優(yōu)化。 幼稚的方法是使用映射并在需要時讀取或?qū)懭胱兞康闹怠?盡管這確實可行，但是在執(zhí)行時需要進(jìn)行很多查找。 因此，我們有一個名為Variable的特殊類，其中包含變量的名稱和數(shù)值。 解析表達(dá)式時，將在范圍（基本上只是一個映射）中查找一次該變量，然后從現(xiàn)在開始使用。 由于每個查找返回相同的實例，因此在評估表達(dá)式時對變量的訪問與對字段的讀取或?qū)懭胍粯颖阋?#xff0c;因為我們僅訪問Variable的value字段。

第三次也是最后一次優(yōu)化可能不會經(jīng)常發(fā)揮作用。 但由于易于實現(xiàn)，因此還是可以實現(xiàn)。 它基本上被稱為“惰性求值”，并在調(diào)用函數(shù)時使用。 函數(shù)不會自動求值其所有參數(shù)，然后自動執(zhí)行函數(shù)調(diào)用。 它寧可查看參數(shù)，也可以憑自己決定要評估的參數(shù)，而不是要決定的參數(shù)。 在if函數(shù)中可以找到使用它的示例。

parsii是根據(jù)MIT許可獲得許可的。 可以在GitHub上找到所有源代碼以及預(yù)編譯的jar。

參考：在Andy的軟件工程專欄博客中， 如何從我們的JCG合作伙伴 Andreas Haufler編寫Java中最快的表達(dá)式評估器之一 。

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2014/01/how-to-write-one-of-the-fastest-expression-evaluators-in-java.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如何用Java编写最快的表达式评估器之一的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。