Go 每日一库之 govaluate

简介

今天我们介绍一个比较好玩的库govaluate。govaluate与 JavaScript 中的eval功能类似，用于计算任意表达式的值。此类功能函数在 JavaScript/Python 等动态语言中比较常见。govaluate让 Go 这个编译型语言也有了这个能力！

快速使用

先安装：

$ go get github.com/Knetic/govaluate

后使用：

package main

import (
  "fmt"
  "log"

  "github.com/Knetic/govaluate"
)

func main() {
  expr, err := govaluate.NewEvaluableExpression("10 > 0")
  if err != nil {
    log.Fatal("syntax error:", err)
  }

  result, err := expr.Evaluate(nil)
  if err != nil {
    log.Fatal("evaluate error:", err)
  }

  fmt.Println(result)
}

使用govaluate计算表达式只需要两步：

• 调用NewEvaluableExpression()将表达式转为一个表达式对象；
• 调用表达式对象的Evaluate方法，传入参数，返回表达式的值。

上面演示了一个很简单的例子，我们使用govaluate计算10 > 0的值，该表达式不需要参数，故传给Evaluate()方法nil值。当然，这个例子并不实用，显然我们直接在代码中计算10 > 0更简单。但问题是，有些时候我们并不知道需要计算的表达式的所有信息，甚至我们都不知道表达式的结构。这时govaluate的作用就体现出来了。

参数

govaluate支持在表达式中使用参数，调用表达式对象的Evaluate()方法时通过map[string]interface{}类型将参数传入计算。其中map的键为参数名，值为参数值。例如：

func main() {
  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpression("foo > 0")
  parameters := make(map[string]interface{})
  parameters["foo"] = -1
  result, _ := expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)

  expr, _ = govaluate.NewEvaluableExpression("(requests_made * requests_succeeded / 100) >= 90")
  parameters = make(map[string]interface{})
  parameters["requests_made"] = 100
  parameters["requests_succeeded"] = 80
  result, _ = expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)

  expr, _ = govaluate.NewEvaluableExpression("(mem_used / total_mem) * 100")
  parameters = make(map[string]interface{})
  parameters["total_mem"] = 1024
  parameters["mem_used"] = 512
  result, _ = expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)
}

第一个表达式中，我们想要计算foo > 0的结果，在传入参数中将foo设置为 -1，最终输出false。

第二个表达式中，我们想要计算(requests_made * requests_succeeded / 100) >= 90的值，在参数中设置requests_made为 100，requests_succeeded为 80，结果为true。

上面两个表达式都返回bool结果，第三个表达式返回一个浮点数。(mem_used / total_mem) * 100根据传入的总内存total_mem和当前使用内存mem_used，返回内存占用百分比，结果为 50。

命名

使用govaluate与直接编写 Go 代码不同，在 Go 代码中标识符中不能出现-、+、$等符号。govaluate可以通过转义使用这些符号。有两种转义方式：

• 将名称用[和]包裹起来，例如[response-time]；
• 使用\将紧接着下一个的字符转义。

例如：

func main() {
  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpression("[response-time] < 100")
  parameters := make(map[string]interface{})
  parameters["response-time"] = 80
  result, _ := expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)

  expr, _ = govaluate.NewEvaluableExpression("response\\-time < 100")
  parameters = make(map[string]interface{})
  parameters["response-time"] = 80
  result, _ = expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)
}

注意一点，因为在字符串中\本身就是需要转义的，所以在第二个表达式中要使用\\。或者可以使用

`response\-time` < 100

一次“编译”多次运行

使用带参数的表达式，我们可以实现一个表达式的一次“编译”，多次运行。只需要使用编译返回的表达式对象即可，可多次调用其Evaluate()方法：

func main() {
  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpression("a + b")
  parameters := make(map[string]interface{})
  parameters["a"] = 1
  parameters["b"] = 2
  result, _ := expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)

  parameters = make(map[string]interface{})
  parameters["a"] = 10
  parameters["b"] = 20
  result, _ = expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println(result)
}

第一次运行，传入参数a = 1, b = 2得到结果 3；第二次运行，传入参数a = 10, b = 20得到结果 30。

函数

如果仅仅能进行常规的算数和逻辑运算，govaluate的功能会大打折扣。govaluate提供了自定义函数的功能。所有自定义函数需要先定义好，存入一个map[string]govaluate.ExpressionFunction变量中，然后调用govaluate.NewEvaluableExpressionWithFunctions()生成表达式，此表达式中就可以使用这些函数了。自定义函数类型为func (args ...interface{}) (interface{}, error)，如果函数返回错误，则这个表达式求值返回错误。

func main() {
  functions := map[string]govaluate.ExpressionFunction{
    "strlen": func(args ...interface{}) (interface{}, error) {
      length := len(args[0].(string))
      return length, nil
    },
  }

  exprString := "strlen('teststring')"
  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpressionWithFunctions(exprString, functions)
  result, _ := expr.Evaluate(nil)
  fmt.Println(result)
}

上面例子中，我们定义一个函数strlen计算第一个参数的字符串长度。表达式strlen('teststring')调用strlen函数返回字符串teststring的长度。

函数可以接受任意数量的参数，而且可以处理嵌套函数调用的问题。所以可以写出类似下面这种复杂的表达式：

sqrt(x1 ** y1, x2 ** y2)

max(someValue, abs(anotherValue), 10 * lastValue)

访问器

在 Go 语言中，访问器（Accessors）就是通过.操作访问结构中的字段。如果传入的参数中有结构体类型，govaluate也支持使用.访问其内部字段或调用它们的方法：

type User struct {
  FirstName string
  LastName  string
  Age       int
}

func (u User) Fullname() string {
  return u.FirstName + " " + u.LastName
}

func main() {
  u := User{FirstName: "li", LastName: "dajun", Age: 18}
  parameters := make(map[string]interface{})
  parameters["u"] = u

  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpression("u.Fullname()")
  result, _ := expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println("user", result)

  expr, _ = govaluate.NewEvaluableExpression("u.Age > 18")
  result, _ = expr.Evaluate(parameters)
  fmt.Println("age > 18?", result)
}

在上面代码中，我们定义了一个User结构，并为它编写了一个Fullname()方法。第一个表达式中，我们调用u.Fullname()返回全名，第二个表达式比较年龄是否大于 18。

需要注意的一点是，我们不能使用foo.SomeMap['key']的方式访问map的值。由于访问器涉及到很多反射，所以它一般比直接使用参数慢 4 倍左右。如果能使用参数的形式，尽量使用参数。在上面的例子中，我们可以直接调用u.Fullname()，将结果作为参数传给表达式求值。涉及到复杂的计算可以通过自定义函数来解决。我们还可以实现govaluate.Parameter接口，对于表达式中使用的未知参数，govaluate会自动调用其Get()方法获取：

// src/github.com/Knetic/govaluate/parameters.go
type Parameters interface {
  Get(name string) (interface{}, error)
}

例如，我们可以让User实现Parameter接口：

type User struct {
  FirstName string
  LastName  string
  Age       int
}

func (u User) Get(name string) (interface{}, error) {
  if name == "FullName" {
    return u.FirstName + " " + u.LastName, nil
  }

  return nil, errors.New("unsupported field " + name)
}

func main() {
  u := User{FirstName: "li", LastName: "dajun", Age: 18}
  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpression("FullName")
  result, _ := expr.Eval(u)
  fmt.Println("user", result)
}

表达式对象实际上有两个方法，一个是我们前面用的Evaluate()，这个方法接受一个map[string]interface{}参数。另一个就是我们在这个例子中使用的Eval()方法，该方法接受一个Parameter接口。实际上，在Evaluate()实现内部也是调用的Eval()方法：

// src/github.com/Knetic/govaluate/EvaluableExpression.go
func (this EvaluableExpression) Evaluate(parameters map[string]interface{}) (interface{}, error) {
  if parameters == nil {
    return this.Eval(nil)
  }
  return this.Eval(MapParameters(parameters))
}

在表达式计算时，未知的参数都需要调用Parameter的Get()方法获取。上面的例子中我们直接使用FullName就可以调用u.Get()方法返回全名。

支持的操作和类型

govaluate支持的操作和类型与 Go 语言有些不同。一方面govaluate中的类型和操作不如 Go 丰富，另一方面govaluate也对一些操作进行了扩展。

算数、比较和逻辑运算：

• + - / * & | ^ ** % >> <<：加减乘除，按位与，按位或，异或，乘方，取模，左移和右移；
• > >= < <= == != =~ !~：=~为正则匹配，!~为正则不匹配；
• || &&：逻辑或和逻辑与。

常量：

• 数字常量，govaluate中将数字都作为 64 位浮点数处理；
• 字符串常量，注意在govaluate中，字符串用单引号'；
• 日期时间常量，格式与字符串相同，govaluate会尝试自动解析字符串是否是日期，只支持 RFC3339、ISO8601等有限的格式；
• 布尔常量：true、false。

其他：

• 圆括号可以改变计算优先级；
• 数组定义在()中，每个元素之间用,分隔，可以支持任意的元素类型，如(1, 2, 'foo')。实际上在govaluate中数组是用[]interface{}来表示的；
• 三目运算符：? :。

在下面代码中，govaluate会先将2014-01-02和2014-01-01 23:59:59转为time.Time类型，然后再比较大小：

func main() {
  expr, _ := govaluate.NewEvaluableExpression("'2014-01-02' > '2014-01-01 23:59:59'")
  result, _ := expr.Evaluate(nil)
  fmt.Println(result)
}

错误处理

在上面的例子中，我们刻意忽略了错误处理。实际上，govaluate在创建表达式对象和表达式求值这两个操作中都可能产生错误。在生成表达式对象时，如果表达式有语法错误，则返回错误。表达式求值，如果传入的参数不合法，或者某些参数缺失，或者访问结构体中不存在的字段都会报错。

func main() {
  exprString := `>>>`
  expr, err := govaluate.NewEvaluableExpression(exprString)
  if err != nil {
    log.Fatal("syntax error:", err)
  }
  result, err := expr.Evaluate(nil)
  if err != nil {
    log.Fatal("evaluate error:", err)
  }
  fmt.Println(result)
}

我们可以依次修改表达式字符串，验证各种错误，首先是>>>：

2020/04/01 22:31:59 syntax error:Invalid token: '>>>'

然后我们将其修改为foo > 0，但是我们没有传入参数foo，执行失败：

2020/04/01 22:33:07 evaluate error:No parameter 'foo' found.

其他错误可以自行验证。

总结

govaluate虽然支持的操作和类型有限，也能实现比较有意思的功能。例如，可以写一个 Web 服务，由用户自己编写表达式，设置参数，服务器算出结果。

大家如果发现好玩、好用的 Go 语言库，欢迎到 Go 每日一库 GitHub 上提交 issue😄

参考

1. govaluate GitHub：github.com/Knetic/gova…
2. Go 每日一库 GitHub：github.com/darjun/go-d…

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我的博客：darjun.github.io

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