Javascript实现运算符重载详解

最近要做数据处理，自定义了一些数据结构，比如Mat,Vector,Point之类的，对于加减乘除之类的四则运算还要重复定义，代码显得不是很直观，javascript没有运算符重载这个像C++、C#之类的功能的确令人不爽，于是想“曲线救国”，自动将翻译代码实现运算符重载，实现思路其实很简单，就是编写一个解释器，将代码编译。例如：

S = A + B (B - C.fun())/2 + D

翻译成

`S = replace(replace(A, '+', replace(replace(B,'',(replace(B,'-',C.fun())))),'/',2),'+',D)`

在replace函数中我们调用对象相应的运算符函数,replace函数代码如下：

/**
 * 转换方法
 * @param a
 * @param op
 * @param b
 * @returns {*}
 * @private
 */
export function __replace__(a,op,b){
  if(typeof(a) != 'object' && typeof(b) != 'object'){
    return new Function('a','b','return a' + op + 'b')(a,b)
  }
  if(!Object.getPrototypeOf(a).isPrototypeOf(b)
    && Object.getPrototypeOf(b).isPrototypeOf(a)){
    throw '不同类型的对象不能使用四则运算'
  }
  let target = null
  if (Object.getPrototypeOf(a).isPrototypeOf(b)) {
    target = new Function('return ' + b.__proto__.constructor.name)()
  }
  if (Object.getPrototypeOf(b).isPrototypeOf(a)) {
    target = new Function('return ' + a.__proto__.constructor.name)()
  }
  if (op == '+') {
    if (target.__add__ != undefined) {
      return target.__add__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() +'\n未定义__add__方法'
    }
  }else if(op == '-') {
    if (target.__plus__ != undefined) {
      return target.__plus__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__plus__方法'
    }
  }else if(op == '*') {
    if (target.__multiply__ != undefined) {
      return target.__multiply__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__multiply__方法'
    }
  } else if (op == '/') {
    if (target.__divide__ != undefined) {
      return target.__divide__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__divide__方法'
    }
  } else if (op == '%') {
    if (target.__mod__ != undefined) {
      return target.__mod__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__mod__方法'
    }
  } else if(op == '.*') {
    if (target.__dot_multiply__ != undefined) {
      return target.__dot_multiply__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__dot_multiply__方法'
    }
  } else if(op == './') {
    if (target.__dot_divide__ != undefined) {
      return target.__dot_divide__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__dot_divide__方法'
    }
  } else if(op == '**') {
    if (target.__power__ != undefined) {
      return target.__power__(a, b)
    }else {
      throw target.toString() + '\n未定义__power__方法'
    }
  }else {
    throw op + '运算符无法识别'
  }
}

replace实现非常简单，不做过多解释，重要的部分是如何实现代码的编译。大学学习数据结构时四则运算的实现就是这翻译的基础，略微有些差异。简单描述一下流程：

1、分割表达式，提取变量和运算符获得元数组A
2、遍历元数组

如果元素是运算符加减乘除，则从堆栈中弹出上一个元素，转换为replace(last,操作符,
如果元素是‘）',则从堆栈中弹出元素，拼接直到遇到'('，并压入堆栈。这里需要注意‘（'元素前是否为函数调用或replace，如果是函数调用或replace，则需要继续向前弹出数据，闭合replace函数的闭合。
如果是一般元素，则查看前一个元素是否replace，如果是，则需要拼接‘)'使得replace函数闭合，否则直接将元素压入栈。

3、将2步骤中得到的栈顺序组合就得到编译后的表达式。

依据上述流程，实现代码：

/**
 * 表达式转换工具方法
 * @param code
 */
export function translate (code) {
  let data = []
  let tmp_code = code.replace(/\s/g,'')
  let tmp = []
  let vari = tmp_code.split(/["]+[^"]*["]+|[']+[^']*[']+|\*\*|\+|-|\*|\/|\(|\)|\?|>[=]|<[=]|={2}|:|&{2}|\|{2}|\{|\}|=|%|\.\/|\.\*|,/g)
  let ops = tmp_code.match(/["]+[^"]*["]+|[']+[^']*[']+|\*\*|\+|-|\*|\/|\(|\)|\?|>[=]|<[=]|={2}|:|&{2}|\|{2}|\{|\}|=|%|\.\/|\.\*|,/g)
  for (let i = 0,len = ops.length; i < len; i++) {
    if (vari[i] != '') {
      tmp.push(vari[i])
    }
    if (ops[i] != '') {
      tmp.push(ops[i])
    }
  }
  tmp.push(vari[ops.length])
  for (let i = 0; i < tmp.length; i++){
    let item = tmp[i]
    if(/\*\*|\+|-|\*|\/|%|\.\/|\.\*/.test(tmp[i])) {
      let top = data.pop()
      let trans = '__replace__(' + top + ',\'' + tmp[i] + '\','
      data.push(trans)
    }else{
      if (')' == tmp[i]) {
        let trans0 = tmp[i]
        let top0 = data.pop()
        while (top0 != '(') {
          trans0 = top0 + trans0
          top0 = data.pop()
        }
        trans0 = top0 + trans0
        let pre = data[data.length - 1]
        while(/[_\w]+[\.]?[_\w]+/.test(pre)
        && !/^__replace__\(/.test(pre)
        && pre != undefined) {
          pre = data.pop()
          trans0 = pre + trans0
          pre = data[data.length - 1]
        }
        pre = data[data.length - 1]
        while(pre != undefined
        && /^__replace__\(/.test(pre)){
          pre = data.pop()
          trans0 = pre + trans0 + ')'
          pre = data[data.length - 1]
        }
        data.push(trans0)
      }else {
        let pre = data[data.length - 1]
        let trans1 = tmp[i]
        while(pre != undefined
        && /^__replace__\(/.test(pre)
        && !/\*\*|\+|-|\*|\/|\(|\?|>[=]|<[=]|={2}|:|&{2}|\|{2}|\{|=|\}|%|\.\/|\.\*/.test(item)
        && !/^__replace__\(/.test(item)) {
          if(tmp[i + 1] == undefined){
            pre = data.pop()
            trans1 = pre + trans1 + ')'
            break;
          }else{
            pre = data.pop()
            trans1 = pre + trans1 + ')'
            pre = data[data.length - 1]
          }

        }
        data.push(trans1)

      }
    }
  }
  let result = ''
  data.forEach((value, key, own) => {
    result += value
  })
  return result
}

表达式编译的方法写好了，接下来就是如何使编写的代码被我们的翻译机翻译，也就是需要一个容器，两种方法：一种就是类构造器重新定义方法属性，另一种就是将代码作为参数传入我们自定义的方法。接下来介绍一下类构造器中重新定义方法：

export default class OOkay {
  constructor () {
    let protos = Object.getOwnPropertyNames(Object.getPrototypeOf(this))
    protos.forEach((proto, key, own) => {
      if(proto != 'constructor'){
        Object.defineProperty(this, proto, {
          value:new Function(translate_block(proto, this[proto].toString())).call(this)
        })
      }
    })
  }
}

由上面可以看出，我们使用Object.defineProperty在构造器中重新定义了，translate_block是对整个代码块分割得到进行翻译，代码如下：

/**
 * 类代码块转换工具
 * @param name
 * @param block
 * @returns {string}
 */
export function translate_block (name , block) {
  let codes = block.split('\n')
  let reg = new RegExp('^' + name + '$')
  console.log(reg.source)
  codes[0] = codes[0].replace(name,'function')
  for(let i = 1; i < codes.length; i++) {
    if (codes[i].indexOf('//') != -1) {
      codes[i] = codes[i].substring(0,codes[i].indexOf('//'))
    }
    if(/\*\*|\+|-|\*|\/|%|\.\/|\.\*/g.test(codes[i])){
      if (codes[i].indexOf('return ') != -1) {
        let ret_index = codes[i].indexOf('return ') + 7
        codes[i] = codes[i].substring(0,ret_index) + translate(codes[i].substring(ret_index))
      }else {
        let eq_index = codes[i].indexOf('=') + 1
        codes[i] = codes[i].substring(0,eq_index) + translate(codes[i].substring(eq_index))
      }
    }
  }
  return 'return ' + codes.join('\n')
}

对于新的类，我们只要继承OOkay类就可以在该类中使用运算符重载。对于继承自非OOkay类的，我们可以采用注入的方式,如下：

/**
   * 非继承类的注入方法
   * @param target
   */
  static inject (target) {
    let protos = Object.getOwnPropertyNames(Object.getPrototypeOf(target))
    protos.forEach((proto, key, own) => {
      if (proto != 'constructor') {
        Object.defineProperty(target, proto, {
          value:new Function(translate_block(proto, target[proto].toString())).call(target)
        })
      }
    })
  }

对于非类中的代码，我们需要一个容器，这里我采用了两种方式，一种以ookay脚本的方式使用，像这样
<script type='text/ookayscript'>
let a = a+b // a、b为对象实例
</script>
还有就是将代码作为参数传入__$$__方法，该方法编译代码并执行，如下：

static __$__(fn) {
    if(!(fn instanceof Function)){
      throw '参数错误'
    }
    (new Function(translate_block('function',fn.toString()))).call(window)()
  }

这样就实现了运算符的重载