Java判断布尔字符串表达式是否有效的方法

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本文将介绍如何在 Java 中验证布尔字符串表达式的有效性。在处理需要根据用户输入的布尔表达式进行过滤或搜索的场景中，确保表达式的语法正确性至关重要。一个有效的布尔表达式应遵循一定的规则，例如括号的正确匹配、运算符的合法使用以及字符串的正确引用。

以下提供一个 Java 方法，用于解析和验证自定义的布尔表达式。

import java.util.*;

/**
 * 自定义表达式解析器/验证器:
 *
 * 如果提供的表达式有效（符合代码中的规则），则返回一个 String[] 数组，其中包含该表达式的组成部分。
 * 如果表达式无效，则在控制台窗口中显示警告消息，说明问题，并返回 null。
 *
 * @param expressionString (String) 要验证的表达式。
 *
 * @return (String[] Array) 如果表达式无效，则返回 null；否则，返回的 String 数组将包含表达式的组成部分。
 *                          根据需要处理这些返回的表达式组成部分。
 */
public String[] isExpressionValid(String expressionString) {
    // 用于保存表达式组成部分的列表。
    List expressionList = new ArrayList<>();

    // 如果表达式字符串为 null 或为空，则返回 null。
    if (expressionString == null || expressionString.isEmpty()) {
        return null;
    }

    // 表达式中的括号是否正确？
    Map openClosePair = new HashMap<>();
    openClosePair.put(')', '(');
    Stack stack = new Stack<>();
    for (char ch : expressionString.toCharArray()) {
        if (openClosePair.containsKey(ch)) {
            if (stack.isEmpty() || !Objects.equals(stack.pop(), openClosePair.get(ch))) {
                System.err.println("Invalid Expression! [" + expressionString + "] -  Parentheses Mismatch!");
                return null;
            }
        } else if (openClosePair.values().contains(ch)) {
            stack.push(ch);
        }
    }
    if (!stack.isEmpty()) {
        System.err.println("Invalid Expression! [" + expressionString + "] -  Parentheses Mismatch!");
        return null;
    }

    /* 括号有效，现在删除它们以验证括号内的数据。*/
    expressionString = expressionString.replaceAll("[\\(\\)]", "");

    /* 表达式中是否包含 &, !, 或 |？如果是，是否正确？
       如果存在连续的“相同”运算符（例如：“&&&”），则
       将它们转换为单个运算符（例如：“&”）。*/
    expressionString = expressionString.replaceAll("[&]{2,}", "&")
            .replaceAll("[|]{2,}", "|").replaceAll("[!]{2,}", "!");

    // 添加你认为无效的任何内容...
    String[] invalidOperators = {"&|", "|&", "!|", "!&", "!&|", "!|&",
            "&!|", "&|!", "|!&", "|&!"};
    // 确保有效使用运算符。
    for (String op : invalidOperators) {
        if (expressionString.contains(op)) {
            System.err.println("Invalid Logical Operator Configuration [" +
                    op + "] Within Expression!");
            return null;
        }
    }

    /* 根据分隔符“&”或“|”拆分表达式，但
       也将分隔符添加到生成的数组中：*/
    String regEx = "((?<=\\Q&\\E)|(?=\\Q&\\E))|"
            + "((?<=\\Q|\\E)|(?=\\Q|\\E))";
    String[] expParts = expressionString.split(regEx);
    String exp;
    for (int i = 0; i < expParts.length; i++) {
        exp = expParts[i].trim();  // 删除前导/尾随空格。
        // 元素是否为非数值？
        if (!exp.matches("-?\\d+(\\.\\d+)?") && !exp.matches("[!\\|&]")) {
            // 此元素必须是字母或字母数字。
            /* 其中是否有空格？如果是，是否用引号引起来？
               如果不是，则无效。*/
            if (exp.contains(" ") && ((!exp.startsWith("!\"") || !exp.startsWith("\"")) && !exp.endsWith("\""))) {
                System.err.println("Invalid String [" + exp + "] Within Expression!"
                        + System.lineSeparator() + "Because this portion of the expression "
                        + "contains at least one whitespace," + System.lineSeparator()
                        + "it should be wrapped within quotation marks excluding any Logical Operator"
                        + System.lineSeparator() + "located at the beginning.");
                return null;
            }
        }
        /* 表达式是否以逻辑运算符“&”或“|”开头或结尾？
           这被认为是无效的。*/
        if ((i == 0 || i == expParts.length - 1) && (exp.equals("&") || exp.equals("|"))) {
            System.err.println("Invalid Logical Operator Location! [" + expressionString + "]"
                    + System.lineSeparator() + "The expression can not start with or end "
                    + "with a '&' or '|' operator!");
            return null;
        }

        // 将表达式组件添加到列表
        expressionList.add(exp);
    }

    // 将列表转换为 String[] 数组并返回。
    return expressionList.toArray(new String[expressionList.size()]);
}

代码说明：

1. 括号匹配： 使用栈（Stack）来检查表达式中的括号是否正确匹配。
2. 非法运算符： 检查是否存在连续的或不合法的运算符组合，例如 &| 或 !&。
3. 字符串引号： 如果表达式中的字符串包含空格，则必须用双引号括起来。
4. 起始和结束运算符： 表达式不能以 & 或 | 运算符开头或结尾。

使用示例：

public static void main(String[] args) {
    String expression = "(\"footballer football\" | !basket)";

    String[] expressionParts = isExpressionValid(expression);

    if (expressionParts != null) {
        // 显示提供的表达式的组成部分：
        System.out.println(Arrays.toString(expressionParts));
    }
}

注意事项：

• 此方法仅验证表达式的语法，不进行语义验证。
• 可以根据实际需求扩展 invalidOperators 数组，以包含更多非法运算符组合。
• 可以根据需要修改字符串引号的验证逻辑。

总结：

通过使用上述方法，可以有效地验证 Java 中布尔字符串表达式的有效性，从而确保程序的正确性和可靠性。在实际应用中，可以根据具体的业务需求对该方法进行定制和扩展。

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