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C#解析 求值字符串表达式

伍华聪 人气:0

介绍

在进行项目开发的时候，刚好需要用到对字符串表达式进行求值的处理场景，因此寻找了几个符合要求的第三方组件LambdaParser、DynamicExpresso、Z.Expressions，它们各自功能有所不同，不过基本上都能满足要求。它们都可以根据相关的参数进行字符串表达式的求值，本篇随笔介绍它们三者的使用代码，以及总结其中的一些经验。

数学表达式求值应该是最常见的，一般我们在应用程序中如果需要计算，是需要对参数进行类型转换，然后在后台进行相应计算的。但是如果是计算一些符合的式子或者公式，特别是参数不一定的情况下，这个就比较麻烦。利用第三方组件，对表达式进行快速求值，可以满足我们很多实际项目上的需求，而且处理起来也很方便。

这几个第三方组件，它们的GitHub或官网地址：

https://github.com/nreco/lambdaparser

https://github.com/dynamicexpresso/DynamicExpresso 

https://eval-expression.net/eval-execute

不过Z.Expressions是收费的，前两者都是免费的。

我使用字符串表达式进行求值的场景，主要就是想对一个SQL条件的表达式，转换为普通的字符串表达式，然后根据对象的参数值，进行求值处理，这几个表达式求值组件都支持这样的操作，为了更好演示它们的使用效果及代码，我们专门创建了一个案例代码进行测试验证，确认满足我的实际需求。

1、Z.Expressions.Eval 表达式解析

Z.Expression.Eval是一个免费开源的（后续收费了），可扩展的，超轻量级的公式化语言解析执行工具包，可以在运行时解析C#表达式的开源免费组件。Z.Expressions从2.0开始支持了NetCore，但是收费的。参考地址：https://riptutorial.com/eval-expression/learn/100000/getting-started 或者 https://eval-expression.net/eval-execute。

在运行时解析C#表达式，例如一些工资或者成本核算系统，就需要在后台动态配置计算表达式，从而进行计算求值。

下面对几个不同的案例代码进行介绍及输出结果验证

匿名类型处理

//匿名类型
string expression = "a*2 + b*3 - 3";
int result = Eval.Execute<int>(expression, new { a = 10, b = 5 });
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result); //a*2 + b*3 - 3 = 32

指定参数

//指定参数
expression = "{0}*2 + {1}*3 - 3";
result = Eval.Execute<int>(expression, 10, 5);
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result);//{0}*2 + {1}*3 - 3 = 32

类对象

//类对象
expression = "a*2 + b*3 - 3";
dynamic expandoObject = new ExpandoObject();
expandoObject.a = 10;
expandoObject.b = 5;

result = Eval.Execute<int>(expression, expandoObject);
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result); //a*2 + b*3 - 3 = 32

字典对象

//字典对象
expression = "a*2 + b*3 - 3";
var values = new Dictionary<string, object>()
{
    { "a", 10 },
    { "b", 5 }
};

result = Eval.Execute<int>(expression, values);
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result);//a*2 + b*3 - 3 = 32

委托类型

//委托类型1
expression = "{0}*2 + {1}*3";
var compiled = Eval.Compile<Func<int, int, int>>(expression);
result = compiled(10, 15);
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result);//{0}*2 + {1}*3 = 65

//委托类型2
expression = "a*2 + b*3";
compiled = Eval.Compile<Func<int, int, int>>(expression, "a", "b");
result = compiled(10, 15);
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result);//a*2 + b*3 = 65

字符串扩展支持

//字符串扩展支持-匿名类型
expression = "a*2 + b*3 - 3";
result = expression.Execute<int>(new { a = 10, b = 5 });
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result);//a*2 + b*3 - 3 = 32

//字符串扩展支持-字典类型
expression = "a*2 + b*3 - 3";
values = new Dictionary<string, object>()
{
    { "a", 10 },
    { "b", 5 }
};
result = expression.Execute<int>(values);
Console.WriteLine("{0} = {1}", expression, result);//a*2 + b*3 - 3 = 32

可以看出，该组件提供了非常丰富的表达式运算求值处理方式。

2、NReco.LambdaParser 表达式解析

我看中这个组件的处理，主要是因为它能够传入参数是字典类型，这样我可以非常方便的传入各种类型的参数，并且这个组件比较接近SQL语法，可以设置利用常规的=代替表达式的==，这样对于SQL语句来说是方便的。

它的案例代码如下所示。

/// <summary>
/// NReco.LambdaParser 表达式解析
/// </summary>
private void btnLamdaParser_Click(object sender, EventArgs e)
{
    var lambdaParser = new NReco.Linq.LambdaParser();

    var dict = new Dictionary<string, object>();
    dict["pi"] = 3.14M;
    dict["one"] = 1M;
    dict["two"] = 2M;
    dict["test"] = "test";
    Console.WriteLine(lambdaParser.Eval("pi>one && 0<one ? (1+8)/3+1*two : 0", dict)); // --> 5
    Console.WriteLine(lambdaParser.Eval("test.ToUpper()", dict)); // --> TEST


    Console.WriteLine(lambdaParser.Eval("pi>one && 0<one ", dict)); // --> True
    Console.WriteLine(lambdaParser.Eval("test.ToUpper()", dict)); // --> TEST
}

同样它支持的算术符号操作有：+, -, *, /, %，以及常规的逻辑判断：==, !=, >, <, >=, <=，如果需要它允许把=作为==比较，那么设置属性 AllowSingleEqualSign  = true 即可，如下代码。

var lambdaParser = new LambdaParser();
    lambdaParser.AllowSingleEqualSign = true;//可以使用 = 作为逻辑判断，如Title ="Leader"，而不用Title =="Leader"
    var evalResult = lambdaParser.Eval(repalce, dict);

该组件没有过多提供例子，不过它的例子提供的关键点，基本上都能实现我们实际的表达式求值处理要求了。 

3、DynamicExpresso 表达式解析

相对于LambdaParser的简洁、Z.Expressions收费处理，Dynamic Expresso 可以说是提供了一个非常强大的、免费开源的处理类库，它提供非常多的表达式求值的实现方式。

简单的字符串表达式求值如下代码

var interpreter = new<strong> Interpreter</strong>();
var result = interpreter.Eval("8 / 2 + 2");

但是一般我们需要传入一定的参数进行表达式求值的。

var target = new<strong> Interpreter</strong>();
double result = target.Eval<double>("Math.Pow(x, y) + 5",
     new Parameter("x", typeof(double), 10),
     new Parameter("y", typeof(double), 2));

或者

var interpreter = new<strong> Interpreter</strong>();
var parameters = new[] {
    new Parameter("x", 23),
    new Parameter("y", 7)
};
Assert.AreEqual(30, interpreter.Eval("x + y", parameters));

或者赋值指定的参数

var target = new Interpreter().SetVariable("myVar", 23);
Assert.AreEqual(23, target.Eval("myVar"));

对于字典类型的处理，是我喜欢的方式，它的案例代码如下所示。

var interpreter = new<strong> Interpreter</strong>();
var dict = new Dictionary<string, object>();
dict.Add("a", 1.0);
dict.Add("b", 2);
dict.Add("d", 4);
dict.Add("e", 5);
dict.Add("str", 'f');

foreach (var v in dict)
{
    object value = v.Value;
    int para = 0;
    if (int.TryParse(v.Value.ToString(), out para))
    {
        value = (float)para;
    }
    interpreter.SetVariable(v.Key, value);
}
Console.WriteLine(interpreter.Eval("a+b").ToString()); //3
Console.WriteLine(interpreter.Eval("a/b").ToString()); //0.5
Console.WriteLine(interpreter.Eval("a > b").ToString()); //False
Console.WriteLine(interpreter.Eval("str == 'f'").ToString()); //True

对于类的属性表达式查询，测试代码如下所示

var customers = new List<Customer> {
        new Customer() { Name = "David", Age = 31, Gender = 'M' },
        new Customer() { Name = "Mary", Age = 29, Gender = 'F' },
        new Customer() { Name = "Jack", Age = 2, Gender = 'M' },
        new Customer() { Name = "Marta", Age = 1, Gender = 'F' },
        new Customer() { Name = "Moses", Age = 120, Gender = 'M' },
    };
    string whereExpression = "<strong>customer.Age > 18 && customer.Gender == 'F'</strong>";

    Func<Customer, bool> dynamicWhere = interpreter.ParseAsDelegate<Func<Customer, bool>>(whereExpression, "<strong>customer</strong>");
    Console.WriteLine(customers.Where(dynamicWhere).Count());//=> 1


    var customer_query = (new List<Customer> {
        new Customer() { Name = "David", Age = 31, Gender = 'M' },
        new Customer() { Name = "Mary", Age = 29, Gender = 'F' },
        new Customer() { Name = "Jack", Age = 2, Gender = 'M' },
        new Customer() { Name = "Marta", Age = 1, Gender = 'F' },
        new Customer() { Name = "Moses", Age = 120, Gender = 'M' },
    }).AsQueryable();
    whereExpression = "<strong>customer.Age > 18 && customer.Gender == 'F'</strong>";

    var expression = interpreter.ParseAsExpression<Func<Customer, bool>>(whereExpression, "<strong>customer</strong>");
    Console.WriteLine(customer_query.Where(expression).Count());//=> 1

4、SQL条件语句的正则表达式和字符串求值处理

前面介绍了几个表达式求值处理的组件，他们基本上都能够满足实际的求值处理，只是提供的功能有所侧重。

我主要希望用它来对特定的表达式进行求布尔值，判断表达式是否满足条件的。

例如对于sql条件语句:(Amount> 500 and Title ='Leader') or Age> 32, 以及一个字典对象的参数集合，我希望能够提取里面的Amount、Title、Leader、Age这样的键，然后给字典赋值，从而判断表达式的值。

由于sql表达式和C#代码的表达式逻辑语法有所差异，我们需要替换and Or 为实际的&& || 字符，因此给定替换的正则表达式：\sand|\sor

而我需要先提取条件语句的键值内容，然后获得指定的键参数，那么也要提供一个正则表达式：\w*[^>=<!'()\s] ，这个正则表达式主要就是提取特定的字符匹配。

提取内容的C#代码逻辑如下所示。

private void btnRegexExtract_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var source = this.txtSource.Text;

            //先替换部分内容 \sand|\sor
            source = Regex.Replace(source, this.txtReplaceRegex.Text, "");//替换表达式
            //增加一行记录主内容
            this.txtContent.Text += "替换正则表达式后内容:";
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.Text += source;
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);

            //在匹配内容处理
            var regex = new Regex(this.txtRegex.Text);
            var matches = regex.Matches(source);

            //遍历获得每个匹配的内容
            var fieldList = new List<string>();
            int i = 0;
            foreach (Match match in matches)
            {
                this.txtContent.AppendText(match.Value);
                this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
                if (i++ % 2 == 0)
                {
                    fieldList.Add(match.Value);
                }
            }
            this.txtContent.AppendText("获得表达式键：");
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(fieldList.ToJson());
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);

            var repalce = ReplaceExpress(this.txtSource.Text);
            this.txtContent.AppendText("替换And=>&& or=>|| '=> \" 操作符后内容:");
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(repalce);
        }
/// <summary>
        /// 替换And=>&& or=>|| '=> \" 操作符后内容
        /// </summary>
        /// <param name="source"></param>
        /// <returns></returns>
        private string ReplaceExpress(string source)
        {
            //操作符替换表达式
            var repalce = Regex.Replace(source, @"\sand\s", " && "); //and => &&
            repalce = Regex.Replace(repalce, @"\sor\s", " || "); //or => ||
            repalce = Regex.Replace(repalce, @"'", "\""); //'=> \"

            return repalce;
        }

表达式处理结果如下所示

它的逻辑代码如下。

private void btnRunExpression_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //操作符替换表达式
            var repalce = ReplaceExpress(this.txtSource.Text);
            this.txtContent.Text = "替换And=>&& or=>|| '=> \" 操作符后内容:";
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.Text += repalce;
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);

            //(Amount> 500 and Title ='Leader') or Age> 32
            var dict = new Dictionary<string, object>();
            dict["Amount"] = 600;
            dict["Title"] = "Leader";
            dict["Age"] = 40;
            
            this.txtContent.AppendText("字典内容");
            foreach(var key in dict.Keys)
            {
                this.txtContent.AppendText($"{key}:{dict[key]} ");
            }
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);

            //var valComparer = new ValueComparer() { NullComparison = ValueComparer.NullComparisonMode.Sql };
            //var lambdaParser = new LambdaParser(valComparer);
            var lambdaParser = new LambdaParser();
            lambdaParser.AllowSingleEqualSign = true;//可以使用=作为判断，如Title ="Leader"，而不用Title =="Leader"
            var express1 = "(Amount> 500 && Title = \"Leader\") or Age>30";
            var result1 = lambdaParser.Eval(express1, dict);
            this.txtContent.AppendText("LambdaParser 表达式处理：");
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express1 + " => " + result1);

            var express2 = "( Amount> 500 && Title =\"leader\" )"; //字符串比较（''=> ""）
            var result2 = lambdaParser.Eval(express2, dict);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express2 + " => " + result2);

            var express3 = "Amount> 500";
            var result3 = lambdaParser.Eval(express3, dict);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express3 + " => " + result3);

            var express4 = "Title = \"Leader\" "; //字符串比较（''=> ""）
            var result4 = lambdaParser.Eval(express4, dict);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express4 + " => " + result4);

            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            Console.WriteLine(lambdaParser.Eval("Title.ToString()", dict)); // --> Leader

            //DynamicExpresso 表达式解析处理
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText("DynamicExpresso 表达式解析处理：");

            var interpreter = new Interpreter();
            foreach (var v in dict)
            {
                interpreter.SetVariable(v.Key, v.Value);
            }
            //express3 = "Amount> 500";
            var result33 = interpreter.Eval(express3);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express3 + " => " + result33);

            //使用''出错，字符串比较需要使用""
            try
            {
                express4 = "Title == \"Leader\" ";
                var result44 = interpreter.Eval(express4);
                this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
                this.txtContent.AppendText(express4 + " => " + result44);
            }
            catch(Exception ex)
            {
                this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
                this.txtContent.AppendText(express4 + ",解析出错 => " + ex.Message);
            }

            //var dict = new Dictionary<string, object>();
            //dict["Amount"] = 600;
            //dict["Title"] = "Leader";
            //dict["Age"] = 40;
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText("Z.Expressions.Eval 表达式解析：");
            var result333 = express3.Execute<bool>(dict);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express3 + " => " + result333);

            express4 = "Title == 'Leader'"; //Z.Expressions可以接受 ' 代替 "
            var result444 = express4.Execute<bool>(dict);
            this.txtContent.AppendText(Environment.NewLine);
            this.txtContent.AppendText(express4 + " => " + result444);
        }

这样我们就可以转换SQL条件表达式为实际的C#表达式，并通过赋值参数，实现动态表达式的求值处理。

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