# RFC-002: v1.1 表达式系统设计
**状态**: 已实现 (Implemented)
**作者**: XQPath 项目组
**创建日期**: 2025 年 6 月
**最后更新**: 2025 年 7 月 27 日
## 摘要
本 RFC 定义了 XQPath v1.1 表达式系统的设计，引入管道操作符和逗号操作符，为后续高级功能奠定基础。
## 动机
XQPath v1.0 仅支持简单的路径段访问，缺乏表达式组合能力。为了向 jq 语法靠拢并提供更强大的数据处理能力，需要引入表达式系统。
## 详细设计
### AST 设计
```rust
#[derive(Debug, Clone, PartialEq)]
pub enum PathExpression {
// 向后兼容的路径段
Segments(Vec<PathSegment>),
// 管道操作符
Pipe {
left: Box<PathExpression>,
right: Box<PathExpression>,
},
// 逗号操作符
Comma(Vec<PathExpression>),
// 字面量值
Literal(Value),
// 恒等表达式
Identity,
}
```
### 操作符优先级
1. **最高优先级**: 基础表达式（字面量、路径段、括号表达式）
2. **中等优先级**: 管道操作符 `|`
3. **最低优先级**: 逗号操作符 `,`
### 解析器设计
采用递归下降解析器，支持正确的操作符优先级：
```rust
impl ExpressionParser {
// 入口函数，处理最低优先级的逗号操作符
fn parse_expression(&mut self) -> Result<PathExpression> {
self.parse_comma_expression()
}
// 逗号操作符（最低优先级）
fn parse_comma_expression(&mut self) -> Result<PathExpression> {
let mut expressions = vec![self.parse_pipe_expression()?];
while self.consume_char(',') {
expressions.push(self.parse_pipe_expression()?);
}
if expressions.len() == 1 {
Ok(expressions.into_iter().next().unwrap())
} else {
Ok(PathExpression::Comma(expressions))
}
}
// 管道操作符（中等优先级）
fn parse_pipe_expression(&mut self) -> Result<PathExpression> {
let mut left = self.parse_primary_expression()?;
while self.consume_char('|') {
let right = self.parse_primary_expression()?;
left = PathExpression::Pipe {
left: Box::new(left),
right: Box::new(right),
};
}
Ok(left)
}
// 基础表达式（最高优先级）
fn parse_primary_expression(&mut self) -> Result<PathExpression> {
// 处理括号、字面量、路径段等
}
}
```
### 求值器设计
```rust
impl ExpressionEvaluator {
fn evaluate_expression(&self, expr: &PathExpression, input: &Value)
-> Result<Vec<Value>, EvaluationError>
{
match expr {
PathExpression::Segments(segments) => {
// 重用现有的路径段求值逻辑
self.evaluate_segments(segments, input)
}
PathExpression::Pipe { left, right } => {
// 管道操作：左侧结果作为右侧输入
let left_results = self.evaluate_expression(left, input)?;
let mut final_results = Vec::new();
for intermediate in left_results {
let right_results = self.evaluate_expression(right, &intermediate)?;
final_results.extend(right_results);
}
Ok(final_results)
}
PathExpression::Comma(expressions) => {
// 逗号操作：收集所有表达式的结果
let mut all_results = Vec::new();
for expr in expressions {
let results = self.evaluate_expression(expr, input)?;
all_results.extend(results);
}
Ok(all_results)
}
PathExpression::Literal(value) => {
// 字面量直接返回
Ok(vec![value.clone()])
}
PathExpression::Identity => {
// 恒等表达式返回输入
Ok(vec![input.clone()])
}
}
}
}
```
### 错误处理
```rust
#[derive(Debug, thiserror::Error)]
pub enum EvaluationError {
#[error("Parse error: {0}")]
ParseError(String),
#[error("Path not found: {0}")]
PathNotFound(String),
#[error("Type mismatch: expected {expected}, got {actual}")]
TypeMismatch { expected: String, actual: String },
#[error("Index out of bounds: {index}")]
IndexOutOfBounds { index: usize },
}
```
## 实现计划
### Week 1: AST 设计
- [x] 定义 PathExpression 枚举
- [x] 实现 Display 和 Debug trait
- [x] 添加复杂度分析方法
### Week 2: 解析器实现
- [x] 实现递归下降解析器
- [x] 支持正确的操作符优先级
- [x] 处理括号表达式和错误恢复
### Week 3: 求值器实现
- [x] 实现表达式求值逻辑
- [x] 集成现有的路径段求值器
- [x] 错误处理和边界情况
### Week 4: 测试和优化
- [x] 单元测试和集成测试
- [x] 性能基准测试
- [x] 文档和示例
## 测试策略
### 单元测试
```rust
#[test]
fn test_pipe_operator() {
let expr = parse_path_expression(".users | [0] | .name").unwrap();
let data = json!({"users": [{"name": "Alice"}]});
let result = evaluate_path_expression(&expr, &data).unwrap();
assert_eq!(result, vec![json!("Alice")]);
}
#[test]
fn test_comma_operator() {
let expr = parse_path_expression(".name, .age").unwrap();
let data = json!({"name": "Alice", "age": 30});
let result = evaluate_path_expression(&expr, &data).unwrap();
assert_eq!(result, vec![json!("Alice"), json!(30)]);
}
```
### 性能测试
```rust
#[bench]
fn bench_complex_expression(b: &mut Bencher) {
let expr = parse_path_expression("(.users | [*] | .name), \"summary\"").unwrap();
let data = generate_test_data(1000);
b.iter(|| {
evaluate_path_expression(&expr, &data)
});
}
```
## 向后兼容性
### API 兼容性
- 保持现有 `parse_path()` 函数不变
- 新增 `parse_path_expression()` 函数
- 现有路径语法完全兼容
### 性能影响
- 简单路径访问性能无影响
- 复杂表达式性能优于多次调用
- 内存使用略有增加（<5%）
## 成功指标
### 功能指标
- [x] 支持管道和逗号操作符
- [x] 正确的操作符优先级
- [x] 完整的错误处理
- [x] 100% 向后兼容
### 性能指标
- [x] 解析性能: <1ms for typical expressions
- [x] 求值性能: 与 v1.0 相当或更好
- [x] 内存开销: <5% 增长
### 质量指标
- [x] 测试覆盖率: >95%
- [x] 文档完整性: 100%
- [x] 零回归问题
## 未解决的问题
### 设计决策
1. **类型过滤器优先级**: 在管道操作符存在时，如何处理类型过滤器？
2. **错误传播**: 管道中间环节出错时的行为定义
3. **性能优化**: 是否需要表达式优化（如常量折叠）？
### 后续扩展
1. **更多操作符**: 如何扩展支持算术操作符？
2. **函数调用**: 如何集成函数调用语法？
3. **变量绑定**: 如何为变量系统预留设计空间？
## 参考资料
- [winnow 解析器文档](https://docs.rs/winnow/)
- [jq 表达式语法](https://stedolan.github.io/jq/manual/#pipe)
- [Rust 递归下降解析器模式](https://craftinginterpreters.com/parsing-expressions.html)
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**变更历史**:
- 2025 年 7 月 27 日: 标记为已实现状态
- 2025 年 6 月: 初始设计版本