本文旨在提供一种在 Java 中验证布尔字符串表达式语法的解决方案。通过解析表达式并检查其结构、括号匹配、运算符使用以及字符串的有效性，可以判断给定的表达式是否符合预期的布尔逻辑规则。本文提供了一个示例方法，该方法可以验证自定义表达式，并返回表达式的组件或指示表达式无效的原因。
布尔表达式验证方法
以下 Java 代码提供了一个名为 isExpressionValid 的方法，用于验证布尔字符串表达式的语法。该方法接收一个字符串作为输入，并返回一个字符串数组，其中包含表达式的各个组件，如果表达式无效，则返回 null。
import java.util.*;
public class BooleanExpressionValidator {
/**
* 自定义表达式解析器/验证器：
*
* 如果提供的表达式有效（符合代码中的准则），则返回一个 String[] 数组，
* 其中包含该表达式的组件。如果发现表达式无效，则会在控制台窗口中显示一条警告消息，
* 说明问题所在，并返回 null。
*
* @param expressionString (String) 要验证的表达式。
* @return (String[] Array) 如果表达式无效，则返回 null，否则返回的 String 数组将包含
* 表达式的组件。根据需要处理这些返回的表达式组件。
*/
public String[] isExpressionValid(String expressionString) {
// 用于保存表达式组件的列表。
List expressionList = new ArrayList<>();
// 如果表达式字符串为 null 或为空，则返回 null。
if (expressionString == null || expressionString.isEmpty()) {
return null;
}
// 表达式中的括号是否正确？
Map openClosePair = new HashMap<>();
openClosePair.put(')', '(');
Stack stack = new Stack<>();
for (char ch : expressionString.toCharArray()) {
if (openClosePair.containsKey(ch)) {
if (stack.isEmpty() || !Objects.equals(stack.pop(), openClosePair.get(ch))) {
break;
}
} else if (openClosePair.values().contains(ch)) {
stack.push(ch);
}
}
if (!stack.isEmpty()) {
System.err.println("无效表达式！[" + expressionString + "] - 括号不匹配！");
return null;
}
/* 括号有效，现在删除它们以验证括号内的数据。*/
expressionString = expressionString.replaceAll("[\\(\\)]", "");
/* 表达式中是否包含 &, !, 或 |？如果是，它是否正确？
如果存在连续的“相同”运算符（即“&&&”），则将其转换为单个运算符（即“&”）。*/
expressionString = expressionString.replaceAll("[&]{2,}", "&")
.replaceAll("[|]{2,}", "|").replaceAll("[!]{2,}", "!");
// 添加任何您认为无效的内容...
String[] invalidOperators = {"&|", "|&", "!|", "!&", "!&|", "!|&",
"&!|", "&|!", "|!&", "|&!"};
// 确保有效使用运算符。
for (String op : invalidOperators) {
if (expressionString.contains(op)) {
System.err.println("表达式中无效的逻辑运算符配置 [" +
op + "]！");
return null;
}
}
/* 在分隔符 '&' 或 '|' 上拆分表达式，
但也将分隔符添加到生成的数组中：*/
String regEx = "((?<=\\Q&\\E)|(?=\\Q&\\E))|"
+ "((?<=\\Q|\\E)|(?=\\Q|\\E))";
String[] expParts = expressionString.split(regEx);
String exp;
for (int i = 0; i < expParts.length; i++) {
exp = expParts[i].trim(); // 删除前导/尾随空格。
// 元素是否为非数值？
if (!exp.matches("-?\\d+(\\.\\d+)?") && !exp.matches("[!\\|&]")) {
// 此元素必须是字母或字母数字。
/* 其中是否有空格？如果是，它是否用引号引起来？
如果不是，则无效。*/
if (exp.contains(" ") && ((!exp.startsWith("!\"") || !exp.startsWith("\"")) && !exp.endsWith("\""))) {
System.err.println("表达式中无效的字符串 [" + exp + "]！"
+ System.lineSeparator() + "因为表达式的这一部分"
+ "包含至少一个空格，" + System.lineSeparator()
+ "它应该用引号引起来，不包括任何逻辑运算符"
+ System.lineSeparator() + "位于开头。");
return null;
}
}
/* 表达式是否以逻辑运算符 '&' 或 '|' 开头或结尾？
这被认为是无效的。*/
if ((i == 0 || i == expParts.length - 1) && (exp.equals("&") || exp.equals("|"))) {
System.err.println("无效的逻辑运算符位置！[" + expressionString + "]"
+ System.lineSeparator() + "表达式不能以 '&' 或 '|' 运算符开头或结尾！");
return null;
}
// 将表达式组件添加到列表
expressionList.add(exp);
}
// 将列表转换为 String[] 数组并返回。
return expressionList.toArray(new String[expressionList.size()]);
}
public static void main(String[] args) {
BooleanExpressionValidator validator = new BooleanExpressionValidator();
String expression = "(footballer football !| basket)(";
String[] expressionParts = validator.isExpressionValid(expression);
if (expressionParts != null) {
// 显示提供的表达式的组件：
System.out.println(Arrays.toString(expressionParts));
}
}
} 代码详解
- 括号匹配: 使用栈来验证括号是否正确匹配。如果括号不匹配，则表达式无效。
- 移除括号: 移除所有括号，简化后续的验证过程。
- 运算符验证: 检查是否存在连续的相同运算符（例如 &&&），并将其替换为单个运算符（例如 &）。然后，检查是否存在无效的运算符组合（例如 &|）。
- 分隔符拆分: 使用正则表达式将表达式拆分为组件，包括操作数和运算符。
- 操作数验证: 检查每个操作数是否为数字或字母数字字符串。如果操作数包含空格，则必须用引号引起来。
- 运算符位置验证: 确保表达式不会以 & 或 | 运算符开头或结尾。
使用示例
以下代码演示了如何使用 isExpressionValid 方法：
BooleanExpressionValidator validator = new BooleanExpressionValidator();
String expression = "(footballer football !| basket)(";
String[] expressionParts = validator.isExpressionValid(expression);
if (expressionParts != null) {
// 显示提供的表达式的组件：
System.out.println(Arrays.toString(expressionParts));
}注意事项
- 此方法仅验证表达式的语法，而不验证其语义。
- 可以根据需要修改 invalidOperators 数组，以添加更多无效的运算符组合。
- 此方法假设表达式中的操作数是字符串或数字。如果需要支持其他类型的操作数，则需要修改代码。
总结
本文提供了一种在 Java 中验证布尔字符串表达式语法的解决方案。通过使用 isExpressionValid 方法，可以检查表达式的结构、括号匹配、运算符使用以及字符串的有效性，从而判断给定的表达式是否符合预期的布尔逻辑规则。该方法可以作为构建更复杂的布尔表达式解析器和求值器的基础。
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