本文详细介绍了如何在php环境中，不依赖`eval()`函数，安全有效地计算包含四则运算和括号的数学表达式。通过讲解调度场算法（shunting-yard algorithm）将中缀表达式转换为逆波兰表示法（rpn），并进一步实现rpn表达式的求值过程，从而提供一个健壮且可控的表达式计算解决方案。
在Web开发或任何需要动态计算表达式的场景中，直接使用eval()函数来执行用户提供的数学表达式存在显著的安全风险和性能问题。eval()函数能够执行任意PHP代码，一旦用户输入包含恶意代码，可能导致服务器被攻击。为了规避这些风险，并实现一个更安全、可控的表达式计算器，我们可以采用基于调度场算法（Shunting-yard Algorithm）的方法。
核心概念
要实现不依赖eval()的表达式计算器，我们需要理解以下几个核心概念：
中缀表达式 (Infix Notation)：这是我们日常使用的数学表达式形式，运算符位于操作数之间，例如 2 + 3 * 4。逆波兰表示法 (Reverse Polish Notation, RPN / Postfix Notation)：也称为后缀表达式，运算符位于其操作数之后。例如，中缀表达式 2 + 3 * 4 对应的RPN是 2 3 4 * +。RPN的优点是无需括号即可明确运算顺序，且非常适合使用栈（Stack）进行计算。调度场算法 (Shunting-yard Algorithm)：由Edsger Dijkstra提出，用于将中缀表达式转换为逆波兰表示法。该算法通过维护一个操作符栈和一个输出队列（或列表）来处理运算符优先级和括号。
算法原理
调度场算法将中缀表达式的每个字符逐一处理，并根据其类型（操作数、运算符、括号）执行不同的操作：
操作数：直接添加到输出队列。运算符：如果操作符栈为空，或栈顶是左括号，则当前运算符入栈。如果当前运算符的优先级高于栈顶运算符的优先级，则当前运算符入栈。否则，将栈顶运算符弹出并添加到输出队列，直到满足上述条件，然后当前运算符入栈。左括号 (：直接入操作符栈。右括号 )：不断将操作符栈顶的运算符弹出并添加到输出队列，直到遇到左括号。然后将左括号从栈中弹出（但不添加到输出队列）。
当所有字符处理完毕后，将操作符栈中剩余的所有运算符依次弹出并添加到输出队列。最终，输出队列中的元素序列就是逆波兰表示法。
立即学习“PHP免费学习笔记（深入）”；
PHP 实现
我们将通过一系列PHP函数来实现这个表达式计算器。
辅助函数
首先，定义一些辅助函数来判断字符类型和读取数字：
= '0' && $char <= '9'));}/** * 从字符串中读取完整的数字 * @param string $string 原始字符串 * @param int $i 当前索引（引用传递） * @return string 读取到的数字字符串 */function readnumber($string, &$i) { $number = ''; while ($i
中缀表达式转RPN (mathexp_to_rpn)
这个函数实现了调度场算法的核心逻辑。
0, // 括号优先级最低，用于栈内比较 '-' => 3, '+' => 3, '*' => 6, '/' => 6, '%' => 6 ); $i = 0; $final_stack = array(); // 最终输出队列 (RPN) $operator_stack = array(); // 操作符栈 while ($i < strlen($mathexp)) { $char = $mathexp{$i}; // 1. 处理数字 if (is_number($char)) { $num = readnumber($mathexp, $i); array_push($final_stack, (float)$num); // 将数字转换为浮点数并推入输出队列 // readnumber 已经更新了 $i，这里需要减去1，因为外层循环还会 $i++ // 或者调整 readnumber 的返回逻辑，使其返回数字长度 // 原始代码中 readnumber 返回的是数字本身，然后通过 strlen($num) 来更新 $i $i += (strlen($num) - 1); // 减去1是因为循环末尾会再次 $i++ $i++; // 这里的 $i++ 是为了跳过当前字符，已经在 readnumber 内部处理，所以这里需要调整 continue; } // 2. 处理运算符 if (is_operator($char)) { // 循环弹出栈顶优先级更高或同级的运算符到输出队列 while ( !empty($operator_stack) && end($operator_stack) != '(' && $precedence[$char]
注意： 在readnumber和mathexp_to_rpn的$i递增逻辑上，原始代码有些许不一致，这里已根据常见实现方式进行了调整，确保$i能正确跳过已处理的字符。readnumber内部已经递增$i直到数字结束，所以外部调用后，$i已经指向数字后的第一个字符。mathexp_to_rpn中的$i += (strlen($num) – 1);以及随后的$i++;需要修正为仅$i += strlen($num);。为了保持与原始意图一致，我将readnumber的$i参数改为传值，并在mathexp_to_rpn中通过strlen($num)来更新$i。
修正后的readnumber和mathexp_to_rpn部分：
<?php// ... (is_operator, is_number 保持不变) .../** * 从字符串中读取完整的数字 * @param string $string 原始字符串 * @param int $startIndex 读取开始的索引 * @return array 包含读取到的数字字符串和新索引的数组 */function readnumber($string, $startIndex) { $number = ''; $currentIndex = $startIndex; while ($currentIndex $number, 'newIndex' => $currentIndex];}/** * 将中缀表达式转换为逆波兰表示法 (RPN) * @param string $mathexp 中缀数学表达式 * @return array RPN表示的元素数组 */function mathexp_to_rpn($mathexp) { $precedence = array( '(' => 0, '-' => 3, '+' => 3, '*' => 6, '/' => 6, '%' => 6 ); $i = 0; $final_stack = array(); $operator_stack = array(); while ($i < strlen($mathexp)) { $char = $mathexp{$i}; if (is_number($char)) { $num_info = readnumber($mathexp, $i); array_push($final_stack, (float)$num_info['value']); $i = $num_info['newIndex']; // 更新索引到数字之后 continue; } if (is_operator($char)) { while ( !empty($operator_stack) && end($operator_stack) != '(' && $precedence[$char]
RPN求值 (calculate_rpn)
RPN表达式的求值过程相对简单：遍历RPN序列，遇到操作数则入栈，遇到运算符则从栈中弹出两个操作数进行运算，并将结果重新入栈。
主计算函数 (calculate)
这是一个包装函数，它首先将中缀表达式转换为RPN，然后计算RPN表达式的结果。
完整示例代码
将上述所有函数整合到一个文件中：
= '0' && $char <= '9'));}/** * 从字符串中读取完整的数字 * @param string $string 原始字符串 * @param int $startIndex 读取开始的索引 * @return array 包含读取到的数字字符串和新索引的数组 */function readnumber($string, $startIndex) { $number = ''; $currentIndex = $startIndex; while ($currentIndex $number, 'newIndex' => $currentIndex];}/** * 将中缀表达式转换为逆波兰表示法 (RPN) * @param string $mathexp 中缀数学表达式 * @return array RPN表示的元素数组 */function mathexp_to_rpn($mathexp) { $precedence = array( '(' => 0, '-' => 3, '+' => 3, '*' => 6, '/' => 6, '%' => 6 ); $i = 0; $final_stack = array(); $operator_stack = array(); while ($i < strlen($mathexp)) { $char = $mathexp{$i}; if (is_number($char)) { $num_info = readnumber($mathexp, $i); array_push($final_stack, (float)$num_info['value']); $i = $num_info['newIndex']; continue; } if (is_operator($char)) { while ( !empty($operator_stack) && end($operator_stack) != '(' && $precedence[$char] <= $precedence[end($operator_stack)] ) { array_push($final_stack, array_pop($operator_stack)); } array_push($operator_stack, $char); $i++; continue; } if ($char == '(') { array_push($operator_stack, $char); $i++; continue; } if ($char == ')') { while (!empty($operator_stack) && end($operator_stack) != '(') { array_push($final_stack, array_pop($operator_stack)); } if (!empty($operator_stack) && end($operator_stack) == '(') { array_pop($operator_stack); // 弹出左括号 } else { // 括号不匹配错误处理 throw new InvalidArgumentException("Mismatched parentheses."); } $i++; continue; } // 忽略空格或其他未知字符 $i++; } while ($oper = array_pop($operator_stack)) { if ($oper == '(') { throw new InvalidArgumentException("Mismatched parentheses."); // 栈中仍有左括号，说明不匹配 } array_push($final_stack, $oper); } return $final_stack;}/** * 计算逆波兰表示法 (RPN) 表达式的结果 * @param array $rpnexp RPN表示的元素数组 * @return float 表达式计算结果 */function calculate_rpn($rpnexp) { $stack = array(); foreach($rpnexp as $item) { if (is_operator($item)) { if (count($stack) getMessage() . "n"; return NAN; // 或者其他错误指示 }}// 示例使用$expression = "27+38+81+48*33*53+91*53+82*14+96";echo "表达式: " . $expression . " = " . calculate($expression) . "n"; // 预期输出 90165$expression2 = "(10 + 20) * 3 / 2 - 5";echo "表达式: " . $expression2 . " = " . calculate($expression2) . "n"; // 预期输出 40$expression3 = "10 / 3";echo "表达式: " . $expression3 . " = " . calculate($expression3) . "n"; // 预期输出 3.333...$expression4 = "5 + (2 * 3"; // 括号不匹配echo "表达式: " . $expression4 . " = " . calculate($expression4) . "n";$expression5 = "10 / 0"; // 除以零echo "表达式: " . $expression5 . " = " . calculate($expression5) . "n";?>
注意事项与扩展
浮点数精度：PHP的浮点数运算可能存在精度问题。对于需要高精度计算的场景，可以考虑使用BCMath扩展或GMP扩展。输入验证：当前的实现假设输入是合法的数学表达式，但并未进行严格的输入验证。在实际应用中，
以上就是PHP中不使用eval()安全计算数学表达式：基于调度场算法的实现的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！
版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。
如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容， 请发送邮件至 chuangxiangniao@163.com 举报，一经查实，本站将立刻删除。
发布者：程序猿，转转请注明出处：https://www.chuangxiangniao.com/p/1335200.html
微信扫一扫 
支付宝扫一扫 
