通过真值树解析布尔表达式(eg:A&B|C)
第一步:求出一个表达式的truth tree
1.生成真值表
2.根据真值表生成真值树(合并短路产生相同的两个子树)
/****************************************
* File: truth_tree.h
*
*A&B|C truth_table
0 0 1 1
0 1 1 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
*
* Complete Binary Tree
* -1(root)
/ \
A: 0 1
/ \ / \
B: 0 1 0 1
\ \ \ / \
C: 1 1 1 0 1
*
*
* After merge
* * -1(root)
/ \
A: 0 1
/ / \
B: -1 0 1
\ \ /
C: 1 1 -1
*
*
* *****************************************/ #ifndef UTIL_TRUTH_TREE_H
#define UTIL_TRUTH_TREE_H #include <memory>
#include <vector> namespace util { struct TruthTreeNode
{
int8_t value;
std::shared_ptr<TruthTreeNode> left;
std::shared_ptr<TruthTreeNode> right; explicit TruthTreeNode(int8_t in_v):value(in_v),left(nullptr),right(nullptr){}
TruthTreeNode(const TruthTreeNode&) = delete;
TruthTreeNode(TruthTreeNode&&) = delete;
TruthTreeNode& operator=(const TruthTreeNode&) = delete;
TruthTreeNode& operator=(TruthTreeNode&&) = delete;
}; using truth_table_t = std::vector<std::vector<bool>>; class TruthTree
{
public: //Constructors and destructor
TruthTree():m_root(nullptr){} TruthTree(const TruthTree& tree)
{
m_root = copy_tree(tree.root());
} TruthTree& operator=(const TruthTree& tree)
{
if (this == &tree)
return *this; m_root = copy_tree(tree.root());
return *this;
} TruthTree(TruthTree&&) = delete;
TruthTree& operator=(TruthTree&&) = delete;
~TruthTree() = default; public: //interface
void initialize_tree(const truth_table_t& truth_table); const std::shared_ptr<TruthTreeNode>& root() const
{
return m_root;
} bool empty() const
{
if (nullptr == m_root)
return true; if (nullptr == m_root->left && nullptr == m_root->right)
return true; return false;
} private: //static member method
static std::shared_ptr<TruthTreeNode> copy_tree(const std::shared_ptr<TruthTreeNode>& parent_node_ptr);
static std::shared_ptr<TruthTreeNode> table_to_tree(const truth_table_t& truth_table);
static std::shared_ptr<TruthTreeNode> try_add_new_child_node(bool element, std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr);
static std::shared_ptr<TruthTreeNode> add_new_child_node(bool element, std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr);
static bool compare_tree(const std::shared_ptr<TruthTreeNode> left, const std::shared_ptr<TruthTreeNode> right);
static void merge_child_trees(std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr); private: //member data
std::shared_ptr<TruthTreeNode> m_root;
}; } #endif //UTIL_TRUTH_TREE_H
/*
* File: truth_tree.cpp
*/ #include "truth_tree.h"
#include <numeric> namespace util { void TruthTree::initialize_tree(const truth_table_t& truth_table)
{
m_root = table_to_tree(truth_table);
merge_child_trees(m_root);
} std::shared_ptr<TruthTreeNode> TruthTree::copy_tree(const std::shared_ptr<TruthTreeNode>& parent_node_ptr)
{
if (nullptr == parent_node_ptr)
return nullptr; std::shared_ptr<TruthTreeNode> node_ptr = std::make_shared<TruthTreeNode>(parent_node_ptr->value);
node_ptr->left = copy_tree(parent_node_ptr->left);
node_ptr->right = copy_tree(parent_node_ptr->right); return node_ptr;
} std::shared_ptr<TruthTreeNode> TruthTree::table_to_tree(const truth_table_t& truth_table)
{
if (truth_table.empty())
return nullptr; std::shared_ptr<TruthTreeNode> root = std::make_shared<TruthTreeNode>(-);
for (size_t row = ; row < truth_table.size(); ++row)
{
std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr = root;
for (size_t column = ; column < truth_table[row].size(); ++column)
{
std::shared_ptr<TruthTreeNode> child_node_ptr = try_add_new_child_node(truth_table[row][column], parent_node_ptr);
parent_node_ptr = child_node_ptr;
}
} return root;
} std::shared_ptr<TruthTreeNode> TruthTree::try_add_new_child_node(bool element, std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr)
{
if (nullptr == parent_node_ptr)
return nullptr; if (!element && nullptr != parent_node_ptr->left)
return parent_node_ptr->left; if (element && nullptr != parent_node_ptr->right)
return parent_node_ptr->right; return add_new_child_node(element, parent_node_ptr);
} std::shared_ptr<TruthTreeNode> TruthTree::add_new_child_node(bool element, std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr)
{
if (nullptr == parent_node_ptr)
return nullptr; //false to left node, true to right node
if (!element)
{
parent_node_ptr->left = std::make_shared<TruthTreeNode>();
return parent_node_ptr->left;
}
else
{
parent_node_ptr->right = std::make_shared<TruthTreeNode>();
return parent_node_ptr->right;
}
} /***************************Recursive create tree****************************************/
/*
root {-1,-1,(0,1,2,3,4)} A: {0,0,(0,1)} {0,1,(2,3,4)} B: {1,0,(0)} {1,1,(1)} {1,0,(2)} {1,1,(3,4)} C: {2,1,(0)} {2,1,(1)} {2,1,(2)} {2,0,(3)} {2,1,(4)} struct truth_tree_node
{
int8_t level;//truth table row index
int8_t value;
std::vector<size_t> index_vec;//truth table columns index
std::shared_ptr<truth_tree_node> left;
std::shared_ptr<truth_tree_node> right;
//std::vector<size_t> indexs(m_truth_table[0].size());
//std::iota(indexs.begin(), indexs.end(), 0);
//m_root = std::make_shared<truth_tree_node>(-1, -1, indexs);
}; void TruthTree::insert_child_node(std::shared_ptr<truth_tree_node> parent_node_ptr)
{
if (nullptr == parent_node_ptr)
return; int8_t level = parent_node_ptr->level + 1;
if ( (level < 0) || (level >= m_truth_table.size()) )
return; std::vector<size_t> left_indexs;
std::vector<size_t> right_indexs;
for(size_t i : parent_node.index_vec)
{
if(!m_truth_table[level][i])
left_indexs.push_back(i);
else
right_indexs.push_back(i);
} if (!left_indexs.empty())
parent_node.left = std::make_shared<truth_tree_node>(level, 0, left_indexs); if (!right_indexs.empty())
parent_node.right = std::make_shared<truth_tree_node>(level, 1, right_indexs);
} void TruthTree::SubCreat(std::shared_ptr<truth_tree_node> parent_node_ptr)
{
if (nullptr == parent_node_ptr)
return; insert_child_node(parent_node_ptr); SubCreat(parent_node_ptr->left);
SubCreat(parent_node_ptr->right);
}
***************************************************************************************/ bool TruthTree::compare_tree(const std::shared_ptr<TruthTreeNode> left_tree, const std::shared_ptr<TruthTreeNode> right_tree)
{
if ((nullptr == left_tree) && (nullptr == right_tree))
{
return true;
} //if one is null and other is not null
if ((nullptr == left_tree) || (nullptr == right_tree))
{
return false;
} if (left_tree->value != left_tree->value)
{
return false;
} bool left = compare_tree(left_tree->left, right_tree->left);
bool right = compare_tree(left_tree->right, right_tree->right);
return (left && right);
} void TruthTree::merge_child_trees(std::shared_ptr<TruthTreeNode> parent_node_ptr)
{
if (nullptr == parent_node_ptr || nullptr == parent_node_ptr->left || nullptr == parent_node_ptr->right)
{
return;
} bool merge_flag = compare_tree(parent_node_ptr->left->left, parent_node_ptr->right->left)
&& compare_tree(parent_node_ptr->left->right, parent_node_ptr->right->right); if (merge_flag)
{
parent_node_ptr->left->value = -;
parent_node_ptr->right = nullptr; //delete right tree
} merge_child_trees(parent_node_ptr->left);
merge_child_trees(parent_node_ptr->right);
} }
第二步:计算表达式
同时按层深度索引真值树,遍历表达式的变量(按需求值),当能走到树的叶子节点时说明本次表达式为true
数据结构:
1.真值树:是一个二叉树,每层依次对应A,B,C...表达式成员;用真值表作为参数构造;提供Creat();Empty();Root()等常见接口
2.表达式类:专门负责解析字符串(eg:A&B|C),提供接口:获取{表达式成员序列,真值树};通过{表达式成员序列,真值树}+成员求值函数对象 计算表达式值
备注:
1.参照http://www.cppblog.com/vczh/archive/2008/06/15/53373.html和《C++沉思录》第八章写出eval::IcomputeBoolExpr()接口
2.真值树的层数最好在16层以内,过大可能过于增加构造树的时间;对于过大的表达式建议不考虑用真值树实现表达式短路。
3.真值树的思路相当于预先把所有可能的值都求一遍,缓存起来;需要读编译原理,了解GCC语法树,可能有更好的思路实现表达式短路。
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