数式パーサーライブラリ ExprTk (C++)

ExprTk

ExprTkはC++の数式パーサーライブラリ(MIT License)です。昨日，その存在を知りました。

四則演算のサンプルコード

例えば，2つのバイナリファイルを変数x,yとして，（ExprTkのビルトイン機能の範囲で）x,yを含む任意の数式を評価し，評価結果をバイナルファイルに出力するコードはこんな感じになります。Copilotに書いてもらって，ほんの少し修正しました。

array_calc.cpp

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include "exprtk.hpp"

// Define the expression parser
typedef float T;
typedef exprtk::symbol_table<T> symbol_table_t;
typedef exprtk::expression<T> expression_t;
typedef exprtk::parser<T> parser_t;

int main(int argc, char* argv[])
{
    if (argc != 5)
    {
        std::cerr << "Example usage: " << argv[0] << " file_x.bin file_y.bin \"x+y\" result.bin" << std::endl;
        return 1;
    }

    // Parse command line arguments
    std::string expr_str = argv[3];
    std::string output_file = argv[4];

    // Load binary files
    std::ifstream file_x(argv[1], std::ios::binary);
    std::ifstream file_y(argv[2], std::ios::binary);
    std::ofstream result_file(output_file, std::ios::binary);

    if (!file_x || !file_y || !result_file)
    {
        std::cerr << "Error: opening files." << std::endl;
        return 1;
    }

    // Create expression parser
    symbol_table_t symbol_table;
    T x_val, y_val;
    symbol_table.add_variable("x", x_val);
    symbol_table.add_variable("y", y_val);

    expression_t expression;
    expression.register_symbol_table(symbol_table);

    parser_t parser;
    if (parser.compile(expr_str, expression) == false)
    {
        std::cerr << "Error: compiling expression." << std::endl;
        return 1;
    }

    // Evaluate expression for each pair of values
    while (file_x.read(reinterpret_cast<char*>(&x_val), sizeof(T)) &&
           file_y.read(reinterpret_cast<char*>(&y_val), sizeof(T)))
    {
        T result = expression.value();

        result_file.write(reinterpret_cast<const char*>(&result), sizeof(T));
    }

    std::cout << "Calculation completed. Results written to " << output_file << std::endl;

    return 0;
}

"開発者コマンド プロンプト for VS2015"を立ち上げて，こちらのコマンドでビルドしました。

ビルドコマンド

cl.exe array_calc.cpp /O2 /EHsc /bigobj

四則演算してみた

試しに，2つのfloat型のバイナリファイル(要素数200×200の画像)の四則演算をしてみました。

実行コマンド

array_calc.exe image1.bin image2.bin "x+y" result_add.bin
array_calc.exe image1.bin image2.bin "x-y" result_sub.bin
array_calc.exe image1.bin image2.bin "x*y" result_mul.bin
array_calc.exe image1.bin image2.bin "(y>0)?(x/y):0" result_div.bin

三項演算子(?:)も普通に使えます。

image1.bin	image2.bin

result_add.bin	result_sub.bin

result_mul.bin	result_div.bin

いずれも正しく計算されていました（ImageJでの計算結果と比較）。この程度の要素数であれば，計算も瞬殺した。

ビルトインされている演算子や関数など

何というか，フツーに思いつく演算子や関数はひと通り組み込まれている感じです。
本家サイトにも一覧表示されていますが，こちらのリポジトリの方が見やすいかも。

本家サイトの計算例を見ると，単純な四則演算だけでなく，数式というよりコードに近いものも書けて，フィルタ処理や離散フーリエ変換なども実行できるようで，かなり汎用的です。

最後に

名だたる企業がフツーに使っているようです。
"ExprTk" "数式" でググっても，まともな日本語サイトは２件しかヒットしないけど。

以上