构建抽象语法树以转换逆波兰表达式为中缀表达式

编程语言的解析过程中,将逆波兰表达式(Reverse Polish Notation, RPN)转换为中缀表达式是一种常见的需求。逆波兰表达式是一种后缀表达式,其中操作符位于操作数之后,不需要括号来表示运算的优先级。中缀表达式则是日常数学表达式的形式,操作符位于操作数之间。本文将介绍一种方法,通过构建抽象语法树(Abstract Syntax Tree, AST)来实现这种转换。

抽象语法树(AST)是一种以树状数据结构表示编程语言的抽象语法的方法。在构建AST之前,需要定义一些基本的元素,这些元素构成了表达式树的节点。在本文的例子中,定义了以下几种类型的节点:

public enum Rank { Primary, Unary, Mul, Sum } private abstract class Expr private class Number : Expr private class NestedExpr : Expr private class BinExpr : Expr private class UnaryExpr : Expr

其中,Expr 是所有表达式节点的基类,它包含一个表示节点优先级的 Rank 属性,以及一个将节点写入字符串构建器的方法 WriteNumber 表示数字字面量,如 1。NestedExpr 表示需要括号包围的表达式,如 (1 + 2)UnaryExpr 表示一元表达式,如 -1BinExpr 表示二元表达式,如 1 + 2

接下来,需要一个解析器来处理输入的逆波兰表达式,并构建AST。解析器需要能够识别数字、一元操作符和二元操作符。对于一元操作符,使用特殊符号 # 来表示负号,以避免与二元操作符混淆。

private static string _tokenizer = @"\s*(\d+|\S)\s*"; private static string[] _unary = new string[] { "#" }; private static bool IsNumber(string token) private static bool IsUnary(string token)

解析器的核心逻辑是遍历输入的表达式,根据当前的token(数字、一元操作符或二元操作符)来构建相应的AST节点。对于二元操作符,需要从栈中弹出两个节点,然后创建一个新的二元表达式节点。对于一元操作符,只需要从栈中弹出一个节点,然后创建一个新的一元表达式节点。

private Stack Stack { get; set; } private IEnumerable Tokens { get; set; } private RPN2Infix(string input) private string Parse()

最后,提供了一个公共的静态方法 Parse,它接受一个逆波兰表达式字符串作为输入,并返回转换后的中缀表达式字符串。

public static string Parse(string input)

使用示例:

string s = "1 # 2 * 3 4 * 5 6 * + 99 + * # 5 *"; Console.WriteLine("{0} = {1}", s, RPN2Infix.Parse(s)); 1 # 2 * 3 4 * 5 6 * + 99 + * # 5 * = (-((-1)*2*(3*4+5*6+99)))*5
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