HMExpressionEvaluator——一个使用简单又强大的表达式计算库

一. 简介

一个数学表达式计算器，能实现和 UIWebView 的 stringByEvaluatingJavaScriptFromString: 一样的计算效果，但效率要高很多，可以在子线程中执行；
基本全面覆盖 NSExpression 的 expressionForFunction:arguments 中的所有function，使用要比 NSExpression 简单很多，只需将注意力放大expression表达式的编辑上，将任意复杂度的表达式，通过eval:方法传入便可轻松得到计算结果；
支持复杂加减乘除四则运算，与或非逻辑运算，和大于小于等比较运算；
支持三目运算；
表达式中能自动识别处理的函数，基本全部覆盖NSExpression，有的未实现的，因为可以自己有数学表达式表达，比如 a+b，这个表达式计算最基本功能，无需通过函数调用来实现；
以上所述的计算类型在符合数学表达式逻辑的前提下，可以组合在一个表达式中，函数支持嵌套调用；
支持字符串相加（字符串拼接）；
开发者可以扩展自己的函数，通过构建 HMExpressionFunction 对象来声明自定义的函数，详细使用方式可以参考 demo。

二. 使用方式

引入头文件
1
#import"HMExpressionEvaluator.h"

**HMExpressionEvaluator.h** 文件中只声明了4个方法：<br>
- -(id)eval:(NSString *)expression // 用于传入表达式进行计算并返回计算结果<br>
- -(void)setCustomFunctions:(NSDictionary *)customFunctions // 用于给开发者注册自定义方法<br>
- -(void)setDateFormatter:(NSDateFormatter *)dateFormatter // 设置支持的日期格式，默认只支持 yyyy-MM-dd HH:mm:ss 格式<br>
- -(void)withoutFunctionTransfer:(BOOL)withoutFunction; // 不支持函数调用，仅用于计算纯数学表达式，默认为支持函数调用<br><br>

开发者仅需通过这4个 API 来使用表达式计算全部功能

// HMExpressionEvaluator.h
   @interface HMExpressionEvaluator : NSObject
#pragma mark - API
/**
 *  表达式计算
 *
 *  @param expression 需要计算的表达式
 *
 *  @return 计算结果
 */
- (id)eval:(NSString *)expression;
/**
 *	设置开发者自定义的函数集
 *
 *  @param customFunctions 每个函数用 HMExpressionCustomFunction 对象来描述，以函数名为 key
 *                         
 */
- (void)setCustomFunctions:(NSDictionary *)customFunctions;
/**
 *  设置支持的日期格式，默认只支持 yyyy-MM-dd HH:mm:ss 格式
 *
 *  @param dateFormat 日期格式
 */
- (void)setDateFormat:(NSString *)dateFormat;
/**
 *  不支持函数调用，仅用于计算纯数学表达式，默认为支持函数调用
 */
- (void)withoutFunctionTransfer:(BOOL)withoutFunction;
@end

具体使用方式

支持的数学运算操作符和操作数类型

typedef NS_ENUM(NSInteger, HMExpressionNodeType)
{
    /**
     * 未知  0
     */
    Unknown,  
      
    /**
     * + 加
     */
    Plus,
    
    /**
     * - 减
     */
    Subtract,
    
    /**
     * * 乘
     */
    MultiPly,
    
    /**
     * / 除
     */
    Divide,
    
    /**
     * ( 左括号
     */
    LParentheses,
    
    /**
     * ) 右括号
     */
    RParentheses,
    
    /**
     * % 求模,取余
     */
    Mod,
    
    /**
     * ^ 幂运算
     */
    Power,
    
    /**
     * << 左移位
     */
    LShift,
    
    /**
     * >> 右移位
     */
    RShift,
    
    /**
     * & 按位与
     */
    BitwiseAnd,
    
    /**
     * | 按位或
     */
    BitwiseOr,
    
    /**
     * && 逻辑与
     */
    And,
    
    /**
     * || 逻辑或
     */
    Or,
    
    /**
     * ! 逻辑非
     */
    Not,
    
    /**
     * == 比较等
     */
    Equal,
    
    /**
     * != 或 <> 比较不等
     */
    Unequal,
    
    /**
     * > 比较大于
     */
    GT,
    
    /**
     * < 比较小于
     */
    LT,
    
    /**
     * >= 比较大于等于
     */
    GTOrEqual,
    
    /**
     * <= 比较小于等于
     */
    LTOrEqual,
    
    /**
     * 数值
     */
    Numeric,
    
    /**
     * 字符串
     */
    String,
    
    /**
     * 日期时间
     */
    Datetime
};

使用示例

// 简单四则运算
[HMExpressionEvaluator eval:@"22 + 33 * 66 + 3^5"]; // 3^5 3的5次方
// 简单比较运算
[HMExpressionEvaluator eval:@"5 < 6"];
// 逻辑运算
[HMExpressionEvaluator eval:@"5 < 3 || 6 > 5)"];
// 位运算
[HMExpressionEvaluator eval:@"4 << 5"];
// 字符串相加
[HMExpressionEvaluator eval:@""Hello" + " " + "World" << 5"];

包含函数的运算

支持的函数清单

	// 逻辑运算类
    ternaryOperation(5<7, "真", "假") // 三目表达式
    日期类处理方法, 日期字符串格式要求为：yyyy-MM-dd或者yyyy-MM-dd HH:mm:ss
    dateDiff(差值类型, 较早日期, 较晚日期) // 时间差值
    getYear(date) // 获取日期中的年份
    getQuarter(date) // 获取日期中的第几季度
    getLocalQuarter(date) // 获取日期中的中文第几季度
    getMonth(date) // 获取日期中的月份
    getLocalMonth(date) // 获取日期中的中文月份
    getWeek(date) // 获取日期中的第几周
    getLocalWeek(date) // 获取日期中的中文第几周
    getDayOfWeek(date) // 获取日期中的星期几
    getLocalDayOfWeek(date) // 获取日期中的中文星期几
    getDay(date) // 获取日子
    getLocalDay // 获取中文日子
    now() // 获取现在时间
    // 数值类
    getLocalMoney(digit) // 将数值转换为大写金额
    round(digit) // 数值四舍五入
    ceil(digit) // 数值0舍1入
    trunc(digit) // 向下取整
    floor(digit) // 向下取整
    abs(digit) // 求绝对值
    sqrt(digit) // 开平方
    log(digit) // 底数为e对数
    ln(digit) // 底数为e对数
    log10(digit) // 底数为10对数
    log2(digit) // 底数为2对数
    raiseToPower(x, n) // 计算 x 的 n 次方
    exp(digit) // 求e的x次方
    bitwiseXor(a, b) // a 异或 b
    onesComplement(a) // a 的补码
    average(digit, digit, ...) // 求平均
    sum(digit, digit, ...) // 求和
    count(digit, digit, ...) // 计数
    min(digit, digit, ...) // 找最小值
    max(digit, digit, ...) // 找最大值
    median(digit, digit, ...) // 找中值
    mode(digit, digit, ...) // 一数组或数据区域中出现频率最多的数值
    stddev(digit, digit, ...) // 样本标准偏差
    random(void) // 获取随机数小数
    randomn(digit) // 获取随机数整数
    // 字符串类
    contains("待检字符串", "被包含字符串") // 检查包含子字符串
    unContains("待检字符串", "不被包含字符串") // 检查不包含子字符串
    lowercase("字符串") // 转小写
    uppercase("字符串") // 转大写
	``` 
2. 调用方式
	
	```Objective-C
	// 三目运算函数
	[HMExpressionEvaluator eval:@"ternaryOperation(5<7, "真", "假")"];
	
	// 获取大写金额
	[HMExpressionEvaluator eval:@"getLocalMoney(10086)"];
	
	// 复杂混合运算表达式
	[HMExpressionEvaluator eval:@"dateDiff("dd", "2016-12-17", now()) * 10 - getYear(now()) + max(11, 22,33,1000) * sqrt(floor(1000.445))"];

自定义函数的使用，以 demo 为例：

第一步：自定义方法的OC实现

demo 中在 ViewController.m 实现了如下四个方法，可以看到返回时，均构建了 HMExpressionCustomFunctionResult 类实例来返回，这是必须的；

方法中传入的 param 会根据表达式中调用函数时括号内传入的参数情况解析成字符串，一维数组，或者二维数组，具体规则看如下代码段的注释。

#pragma mark - 自定义函数测试
/*
 *  不带参函数
 *  在表达式中写入 test1()
 *
 *  @return 创建 HMExpressionFunctionResult 实例，返回函数运行结果
 */
- (HMExpressionCustomFunctionResult *)test1
{
    return [[HMExpressionCustomFunctionResult alloc] initWithResult:@"测试不带参函数"
                                                     dataType:HMExpressionCustomFunctionResultDataTypeString] ;
}
/*
 *  带一个加单参数的函数
 *
 *  @param param 如在表达式中写：test2(123) 则此处 param 为: @"123"
 *
 *  @return 创建 HMExpressionFunctionResult 实例，返回函数运行结果
 */
- (HMExpressionCustomFunctionResult *)test2:(id)param
{
    return [[HMExpressionCustomFunctionResult alloc] initWithResult:[NSString stringWithFormat:@"测试带参函数，传入参数为：%@", param]
                                                     dataType:HMExpressionCustomFunctionResultDataTypeString];
}
/*
 *  一维多参函数，将所有参数拼接成一个字符串
 *  如表达式中写：test3(123, 456, 789...) 数量根据自己的需要来定
 *
 *  @param param 此处得到 param 为一维数组 @[@"123", @"456", @"789"...]
 *
 *  @return 创建 HMExpressionFunctionResult 实例，返回函数运行结果
 */
- (HMExpressionCustomFunctionResult *)test3:(id)param
{
    // 将所有参数拼接成一个字符串
    
    NSMutableString *result = [NSMutableString string];
    for(NSString *str in param)
    {
        [result appendString:str];
    }
    
    return [[HMExpressionCustomFunctionResult alloc] initWithResult:result
                                                     dataType:HMExpressionCustomFunctionResultDataTypeString];
}
/*
 *  二维多参函数，函数功能为将所有参数拼接为字符串
 *  如表达式中写：test3(123, [456, 789], @"333", [234]...) 数量根据自己的需要来定
 *
 *  @param param 此处得到 param 为二维数组 @[@"123", @[@"456", @"789"], @"333", @[@"234"]...]
 *
 *  @return 创建 HMExpressionFunctionResult 实例，返回函数运行结果
 */
- (HMExpressionCustomFunctionResult *)test4:(id)param
{
    NSMutableString *result = [NSMutableString string];
    
    for(id obj in param)
    {
        if([obj isKindOfClass:[NSArray class]])
        {
            for(NSString *str in (NSArray *)obj)
            {
                [result appendString:str];
            }
        }
        else
        {
            [result appendString:obj];
        }
    }
    
    return [[HMExpressionCustomFunctionResult alloc] initWithResult:result
                                                     dataType:HMExpressionCustomFunctionResultDataTypeString];
}

第二步：构建 HMExpressionCustomFunction 实例

如下代码将上述四个 test 方法分别构建一个 HMExpressionCustomFunction 实例来进行描述，并以用于表达式调用的函数名为 key 存入字典，准备注入表达式解析计算器中。

- (NSDictionary *)customFunctions
{
    if(!_customFunctions)
    {
        _customFunctions = [NSMutableDictionary dictionary];
        // test1 无参函数
        HMExpressionCustomFunction *function = [[HMExpressionCustomFunction alloc] initWithFunctionName:@"test1"
                                                                                                         selector:@selector(test1)
                                                                                                           target:self];
        [_customFunctions setObject:function forKey:function.functionName];
        // test2 带一个参数的函数
        function = [[HMExpressionCustomFunction alloc] initWithFunctionName:@"test2"
                                                                        selector:@selector(test2:)
                                                                          target:self];
        [_customFunctions setObject:function forKey:function.functionName];
        // test3 带多个一维参数的函数
        function = [[HMExpressionCustomFunction alloc] initWithFunctionName:@"test3"
                                                                        selector:@selector(test3:)
                                                                          target:self];
        [_customFunctions setObject:function forKey:function.functionName];
        // test4 带多个二维参数的函数
        function = [[HMExpressionCustomFunction alloc] initWithFunctionName:@"test4"
                                                                        selector:@selector(test4:)
                                                                          target:self];
        [_customFunctions setObject:function forKey:function.functionName];
    }
    return _customFunctions;
}

第三步：将构建好的 HMExpressionCustomFunction 实例注入表达式解析计算器

代码如下，即在 demo 中点击 “计算” 按钮时执行的代码

/*
 *  创建表达式计算器对象
 */
- (HMExpressionEvaluator *)evaluator
{
    if(!_evaluator)
    {
        _evaluator = [[HMExpressionEvaluator alloc] init];
        [_evaluator setCustomFunctions:self.customFunctions]; // 注入自定义函数集
        
         // 默认就是这个格式
         // [_evaluator setDateFormat:@"yyyy-MM-dd HH:mm:ss"];
        
         // 默认就是 false，即表达式支持函数调用，当表达式不需要函数调用是，调用该方法置为 true，可以调高运算效率
         // [_evaluator withoutFunctionTransfer:false];
    }
    return _evaluator;
}