'A'..'Z', 'a'..'z', '_': // Идентификатор (переменная или функция)
Result := Identifier(S, P);
else
raise ESyntaxError.Create(
'Некорректный символ в позиции ' + IntToStr(Р));
end;
end;
// Выделение подстроки, соответствующей <Factor>,
// и ее вычисление
function Factor(const S: string; var P: Integer): Extended;
begin
if P > Length(S) then
raise ESyntaxError.Create('Неожиданный конец строки');
// По первому символу подстроки определяем,
// какой это множитель
case S[P] of
'+'; // унарный "+"
begin
Inc(Р);
Result := Factor(S, P);
end;
'-': // унарный "-"
begin
Inc(P);
Result := -Factor(S, P);
end;
else
begin
Result := Base(S, P);
if (P <= Length(S)) and (S[P] = '^') then
begin
Inc(P);
Result := Power(Result, Factor(S, P));
end;
end;
end;
end;
Пример калькулятора называется FullCalcSample. Его интерфейс (рис. 4.2) содержит новые элементы, с помощью которых пользователь может задавать значения переменных. В левой нижней части окна находится список переменных с их значениями (при запуске программы этот список пустой). Правее расположены поля ввода Имя переменной и Значение переменной, а также кнопка Установить. В первое поле следует ввести имя переменной, во второе — ее значение. При нажатии на кнопку Установить переменная будет внесена в список, а если переменная с таким именем уже есть в списке, то ее значение будет обновлено. Все переменные, которые есть в списке, могут использоваться в выражении. Если требуемая переменная в списке не найдена, попытка вычислить выражение приводит к ошибке.
Рис. 4.2. Главное окно программы FullCalcSample
Заметим, что символ <Factor> можно было бы определить несколько иначе:
<Factor> ::= [<UnaryOp>] <Base> ['^' <Factor>]
В нашем случае, когда есть только два унарных оператора и применение срезу двух (разных или одинаковых) практически бессмысленно, такой синтаксис реализовать было бы проще (пример реализации такого синтаксиса дан в программе FullCalcSample в виде комментария). При этом исчезла бы возможность ставить несколько знаков унарных операций подряд. В общем случае такой подход неверен, т.к. при большем количестве унарных операций это может пригодиться, да и выглядит естественно. Поэтому в качестве основного был выбран несколько более сложный, но и более функциональный вариант.
4.8. Калькулятор с лексическим анализатором
Прежде чем двигаться дальше, рассмотрим недостатки последней версии нашего калькулятора. Во-первых, бросается в глаза некоторое дублирование функций. Действительно, с одной стороны, выделением числа из подстроки занимается функция Number, но в функции Base также содержится проверка первого символа числа. Функция Identifier тоже частично дублируется функцией Base.
Второй недостаток — нельзя вставлять разделители, облегчающие чтение выражения. Например, строка "2 + 2" не является допустимым выражением — следует писать "2+2" (без пробелов). Если же попытаться учесть возможность вставки пробелов, придется в разные функции добавлять много однотипного рутинного кода, который существенно усложнит восприятие программы.
Третий недостаток — сложность введения новых операторов, которые обозначаются не одним символом, а несколькими, например, >=, and, div. Если посмотреть функции Expr и Term, которые придется в этом случае модифицировать, видно, что переделка будет достаточно сложной.
Решить все эти проблемы позволяет лексический анализатор, который выделяет из строки все лексемы, пропуская пробелы и иные разделители, и определяет тип каждой лексемы, не заботясь о том, насколько уместно ее появление в данной позиции выражения. А после лексического анализа начинает работать анализатор синтаксический, который будет иметь дело не с отдельными символами строки, а с целыми лексемами
В качестве примера рассмотрим реализацию следующей грамматики (листинг 4.10).
Листинг 4.10. Грамматика калькулятора с лексическим анализатором
<Expr> ::= <MathExpr> [<Comparison> <MathExpr>]
<Comparison> ::= '=' | '>' | '<' | '>=' | '<=' | '<>'
<MathExpr> ::= <Term> {<Operator1> <Term>}
<Operator1> ::= '+' | '-' | 'or' | 'xor'
<Term> ::= <Factor> {<Operator2> <Factor>}
<Operator2> ::= '*' | '/' | 'div' | 'mod' | 'and'
<Factor> ::= <UnaryOp> <Factor> | <Base> ['^' <Factor>]
<UnaryOp> ::= '+' | '-' | 'not'
<Base> ::= <Variable> | <Function> | <Number> | '(' <MathExpr> ')'
<Function> ::= <FuncName> '(' <MathExpr> ')'
<FuncName> ::= 'sin' | 'cos' | 'ln'
<Variable> ::= <Letter> {<Letter> | <Digit>}
<Letter> ::= 'A' | ... | 'Z' | 'a' | ... | 'z' | '_'
<Digit> ::= '0' | ... | '9'
<Number> ::= <Digit> {<Digit>} [<DecimalSeparator> <Digit> {<Digit>}]
(('E' | 'e') ['+' | '-'] <Digit> {<Digit>)]
Примечание
Здесь используется нетерминальный символ <DecimalSeparator>, который мы не определили. Он полагается равным точке или запятой в зависимости от системных настроек.
Эта грамматика на первый взгляд может показаться существенно более сложной, чем все, что мы реализовывали ранее, но это не так: просто здесь приведены определения всех (за исключением <DecimalSeparator>) нетерминальных символов. Определение символа <Number> несколько изменено, но это касается только формы его представления — синтаксис числа остался без изменения. То, что раньше обозначалось как <Expr>, теперь называется <MathExpr>, а выражение <Expr> состоит из одного <MathExpr>, с которым, возможно, сравнивается другое <MathExpr>. Семантика <Expr> такова: если в выражении присутствует только обязательная часть, результатом будет число, которое получилось при вычислении <MathExpr>. Если же имеется необязательное сравнение с другим <MathExpr>, то результатом будет "True" или "False" в зависимости от результатов сравнения.
В новой грамматике также расширен набор операторов. Операторы or, xor, and и not здесь арифметические, т.е. применяются к числовым, а не к логическим выражениям. Все операторы, которые применимы только к целым числам (т.е. вышеперечисленные, а также div и mod), игнорируют дробную часть своих аргументов.
Лексический анализатор должен выделять из строки следующие лексемы:
1. Все знаки операций, которые используются в определении символов <Comparison>, <Operator1>, <Operator2>, <UnaryOp>, а также символ "^".
2. Открывающую и закрывающую скобки.
3. Имена функций.
4. Идентификаторы (т.е. переменные).
5. Числовые константы.
Напомним, что лексический анализатор не должен определять допустимость появления лексемы в данном месте строки. Он просто сканирует строку, выделяет из нее последовательности символов, распознаваемые как отдельные лексемы, и сохраняет информацию о них в специальном списке, которым потом пользуется синтаксический анализатор. Так, например, встретив цифру, лексический анализатор выделяет числовую константу. Встретив букву, он выделяет последовательность буквенно-цифровых символов. Затем сравнивает эту последовательность с одним из зарезервированных слов (and, div и т.п.) и распознает лексему соответственно как идентификатор (переменную) или как зарезервированное слово. При этом выяснение, объявлена ли такая переменная, также не входит в обязанности лексического анализатора — это потом сделает синтаксический анализатор.
Из нашей грамматики следует, что имена функций являются зарезервированными словами, т.е. объявить переменные с именами sin, cos и ln в отличие от предыдущего примера, нельзя. Это само по себе не упрощает и не усложняет задачу, а сделано только в качестве демонстрации возможной альтернативы (просто если именами служат зарезервированные слова, то их распознает лексический анализатор, а если идентификаторы, то синтаксический).
Отдельные лексемы выделяются по следующему алгоритму: сначала, начиная с текущей позиции, пропускаются все разделители — пробелы и символы перевода строки. Затем по первому символу определяется лексема — знак, слово (которое потом может оказаться зарезервированным словом или идентификатором) или число. Дальше лексический анализатор выбирает из строки все символы до тех пор, пока они удовлетворяют правилам записи соответствующей лексемы. Следующая лексема ищется с позиции, идущей непосредственно за предыдущей лексемой.
