评估数学表达式的最佳和最短方法

Question

计算表达式的算法有很多，例如：

1. By Recursive Descent
2. Shunting-yard algorithm
3. Reverse Polish notation

有没有办法使用 C# .net 反射或其他现代 .net 技术来评估任何数学表达式？

Answer 1

除了 Thomas 的回答之外，实际上可以直接从 C# 访问（已弃用的）JScript 库，这意味着您可以使用等效于 JScript 的 eval 函数。

using Microsoft.JScript;        // needs a reference to Microsoft.JScript.dll
using Microsoft.JScript.Vsa;    // needs a reference to Microsoft.Vsa.dll

// ...

string expr = "7 + (5 * 4)";
Console.WriteLine(JScriptEval(expr));    // displays 27

// ...

public static double JScriptEval(string expr)
{
    // error checking etc removed for brevity
    return double.Parse(Eval.JScriptEvaluate(expr, _engine).ToString());
}

private static readonly VsaEngine _engine = VsaEngine.CreateEngine();

Answer 2

这当然是可能的。 CodeSnippetCompileUnit 类基本上就是这样做的。 我给你写了一些示例使用代码。您需要包含这些命名空间：

• System.CodeDom.Compiler;
• System.CodeDom;
• Microsoft.CSharp;
• System.Reflection;

代码如下：

string source = @"
class MyType
{
    public static int Evaluate(<!parameters!>)
    {
        return <!expression!>;
    }
}
";

string parameters = "int a, int b, int c";
string expression = "a + b * c";

string finalSource = source.Replace("<!parameters!>", parameters).Replace("<!expression!>", expression);

CodeSnippetCompileUnit compileUnit = new CodeSnippetCompileUnit(finalSource);
CodeDomProvider provider = new CSharpCodeProvider();

CompilerParameters parameters = new CompilerParameters();

CompilerResults results = provider.CompileAssemblyFromDom(parameters, compileUnit);

Type type = results.CompiledAssembly.GetType("MyType");
MethodInfo method = type.GetMethod("Evaluate");

// The first parameter is the instance to invoke the method on. Because our Evaluate method is static, we pass null.
int result = (int)method.Invoke(null, new object[] { 4, -3, 2 });

用任何东西替换“参数”和“表达式”，您就拥有了一个通用表达式评估器。

如果在 results.CompiledAssembly 中得到 FileNotFoundException，则 sn-p 编译失败。

您可能还想看看 System.CodeDom.CodeSnippetExpression 类。它用于更具体地读取表达式，但表达式本身无法编译，因此您需要使用更多 CodeDom 来围绕它构建一个工作类和方法。如果您希望能够以编程方式操作您正在生成的类，这将非常有用。 CodeSnippetCompileUnit 很适合一次生成整个工作类（例如更简单），但要操作它，您必须进行不方便的字符串操作。

Answer 3

虽然使用编译器服务是一种简单而有效的解决方案，但如果表达式由用户输入，则会引发严重的安全问题，因为它几乎可以执行任何事情。

还有另一种非常简单但更安全的解决方案：利用 JScript Eval 函数。您只需要按照以下步骤操作：

创建一个名为 JsMath.js 的 js 文件：

class JsMath
{
    static function Eval(expression : String) : double
    {
        return eval(expression);
    };
}

编译成类库：

jsc /t:library JsMath.js

在你的 C# 项目中引用 JsMath 库，然后像这样使用它：

double result = JsMath.Eval(expression);

Answer 4

对我来说，Vici.Parser 工作得非常好：check it out here，它是迄今为止我发现的最灵活的表达式解析器。

（我们用它来设置“人类可读”的业务规则，数据由 SQL 服务器数据库提供）

提供示例并且开发人员提供了非常好的支持（查看网站的论坛）。

Answer 5

ncalc 是最好的。您可以在 codeplex 中找到它，也可以在 nugget 中找到它。
NCalc 是 .NET 中的数学表达式求值器。 NCalc 可以解析任何表达式并评估结果，包括静态或动态参数和自定义函数。

Answer 6

我认为这是最好的方法。 Petar Repac's answer 太棒了。 使用 DataColumn 对象的“表达式”参数可以非常轻松地解决该主题：

static double Evaluate(string expression)
{
    var loDataTable = new DataTable();
    var loDataColumn = new DataColumn("Eval", typeof(double), expression);
    loDataTable.Columns.Add(loDataColumn);
    loDataTable.Rows.Add(0);
    return (double)(loDataTable.Rows[0]["Eval"]);
}

Answer 7

您可以使用Math-Expression-Evaluator 库，它实现了我所编写的Shunting Yard 算法。支持2.5+5.9、17.89-2.47+7.16、5/2/2+1.5*3+4.58等简单表达式，支持带括号的表达式(((9-6/2)*2-4)/2-6-1)/(2+24/(2+4))和带变量的表达式：

var a = 6;
var b = 4.32m;
var c = 24.15m;
var engine = new ExpressionEvaluator();
engine.Evaluate("(((9-a/2)*2-b)/2-a-1)/(2+c/(2+4))", new { a, b, c});

您也可以将参数作为命名变量传递：

dynamic dynamicEngine = new ExpressionEvaluator();

var a = 6;
var b = 4.5m;
var c = 2.6m;

dynamicEngine.Evaluate("(c+b)*a", a: 6, b: 4.5, c: 2.6);

它支持 .Net Standard 2.0，因此可以从 .Net Core 以及 .Net Full Framework 项目中使用，并且没有任何外部依赖项。

Answer 8

使用新的 Roslyn API 动态编译代码，并将程序集加载到 .net 核心项目中；

    string finalSource = ...;
    IEnumerable<Assembly> references = ...;

    var compilation = CSharpCompilation.Create("Dynamic",
        new[] { 
            SyntaxFactory.ParseSyntaxTree(
                finalSource,
                CSharpParseOptions.Default
                    .WithLanguageVersion(LanguageVersion.Latest)
            ) },
        references.Select(a => MetadataReference.CreateFromFile(a.Location)),

        new CSharpCompilationOptions(OutputKind.DynamicallyLinkedLibrary)
            .WithAssemblyIdentityComparer(DesktopAssemblyIdentityComparer.Default)
    );

    using var ms = new MemoryStream();
    var e = compilation.Emit(ms);
    if (!e.Success)
        throw new Exception("Compilation failed");
    ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

    var context = new AssemblyLoadContext(null, true);
    var assembly = context.LoadFromStream(ms);

请注意，与您正在编译的源代码所需的任何其他类型一起。为了在同一进程中加载​​已编译的程序集，需要包含引用；

    AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies().Where(a => a.GetName().Name == "netstandard").Single(),
    typeof(object).Assembly