《Java设计模式》之解释器模式

Posted 2020-09-21 yxysuanfa

解释器模式是类的行为模式。给定一个语言之后，解释器模式能够定义出其文法的一种表示，并同一时候提供一个解释器。

client能够使用这个解释器来解释这个语言中的句子。

解释器模式的结构

　　以下就以一个示意性的系统为例，讨论解释器模式的结构。系统的结构图例如以下所看到的：

　　模式所涉及的角色例如以下所看到的：

　　（1）抽象表达式(Expression)角色：声明一个全部的详细表达式角色都须要实现的抽象接口。这个接口主要是一个interpret()方法，称做解释操作。

　　（2）终结符表达式(Terminal Expression)角色：实现了抽象表达式角色所要求的接口，主要是一个interpret()方法；文法中的每个终结符都有一个详细终结表达式与之相相应。比方有一个简单的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是终结符。相应的解析R1和R2的解释器就是终结符表达式。

　　（3）非终结符表达式(Nonterminal Expression)角色：文法中的每一条规则都须要一个详细的非终结符表达式。非终结符表达式通常是文法中的运算符或者其它keyword，比方公式R=R1+R2中。“+"就是非终结符，解析“+”的解释器就是一个非终结符表达式。

　　（4）环境(Context)角色：这个角色的任务通常是用来存放文法中各个终结符所相应的详细值，比方R=R1+R2。我们给R1赋值100。给R2赋值200。

这些信息须要存放到环境角色中，非常多情况下我们使用Map来充当环境角色就足够了。

 

　　为了说明解释器模式的实现办法，这里给出一个最简单的文法和相应的解释器模式的实现，这就是模拟Java语言中对布尔表达式进行操作和求值。

　　在这个语言中终结符是布尔变量。也就是常量true和false。

非终结符表达式包括运算符and，or和not等布尔表达式。

这个简单的文法例如以下：

　　　　Expression    ::= Constant | Variable | Or | And | Not

　　　　And 　　　　::= Expression \'AND\' Expression

　　　　Or　　　　　::= Expression \'OR\' Expression

　　　　Not　　　　   ::= \'NOT\' Expression

　　　　Variable　　 ::= 不论什么标识符

　　　　Constant         ::= \'true\' | \'false\'

　　解释器模式的结构图例如以下所看到的：

 

　　源码

　　抽象表达式角色

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:08:58 
6.  *  
7.  * @类说明 ：抽象表达式角色 
8.  */  
9. public abstract class Expression {  
10.     /** 
11.      * 以环境为准，本方法解释给定的不论什么一个表达式 
12.      */  
13.     public abstract boolean interpret(Context ctx);  
14.   
15.     /** 
16.      * 检验两个表达式在结构上是否同样 
17.      */  
18.     public abstract boolean equals(Object obj);  
19.   
20.     /** 
21.      * 返回表达式的hash code 
22.      */  
23.     public abstract int hashCode();  
24.   
25.     /** 
26.      * 将表达式转换成字符串 
27.      */  
28.     public abstract String toString();  
29. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:08:58
 * 
 * @类说明 ：抽象表达式角色
 */
public abstract class Expression {
	/**
	 * 以环境为准，本方法解释给定的不论什么一个表达式
	 */
	public abstract boolean interpret(Context ctx);

	/**
	 * 检验两个表达式在结构上是否同样
	 */
	public abstract boolean equals(Object obj);

	/**
	 * 返回表达式的hash code
	 */
	public abstract int hashCode();

	/**
	 * 将表达式转换成字符串
	 */
	public abstract String toString();
}

　　一个Constant对象代表一个布尔常量

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:09:35 
6.  *  
7.  * @类说明 ：一个Constant对象代表一个布尔常量 
8.  */  
9. public class Constant extends Expression {  
10.   
11.     private boolean value;  
12.   
13.     public Constant(boolean value) {  
14.         this.value = value;  
15.     }  
16.   
17.     @Override  
18.     public boolean equals(Object obj) {  
19.   
20.         if (obj != null && obj instanceof Constant) {  
21.             return this.value == ((Constant) obj).value;  
22.         }  
23.         return false;  
24.     }  
25.   
26.     @Override  
27.     public int hashCode() {  
28.         return this.toString().hashCode();  
29.     }  
30.   
31.     @Override  
32.     public boolean interpret(Context ctx) {  
33.   
34.         return value;  
35.     }  
36.   
37.     @Override  
38.     public String toString() {  
39.         return new Boolean(value).toString();  
40.     }  
41.   
42. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:09:35
 * 
 * @类说明 ：一个Constant对象代表一个布尔常量
 */
public class Constant extends Expression {

	private boolean value;

	public Constant(boolean value) {
		this.value = value;
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {

		if (obj != null && obj instanceof Constant) {
			return this.value == ((Constant) obj).value;
		}
		return false;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return this.toString().hashCode();
	}

	@Override
	public boolean interpret(Context ctx) {

		return value;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return new Boolean(value).toString();
	}

}

　　一个Variable对象代表一个有名变量

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:10:16 
6.  *  
7.  * @类说明 ：一个Variable对象代表一个有名变量 
8.  */  
9. public class Variable extends Expression {  
10.   
11.     private String name;  
12.   
13.     public Variable(String name) {  
14.         this.name = name;  
15.     }  
16.   
17.     @Override  
18.     public boolean equals(Object obj) {  
19.   
20.         if (obj != null && obj instanceof Variable) {  
21.             return this.name.equals(((Variable) obj).name);  
22.         }  
23.         return false;  
24.     }  
25.   
26.     @Override  
27.     public int hashCode() {  
28.         return this.toString().hashCode();  
29.     }  
30.   
31.     @Override  
32.     public String toString() {  
33.         return name;  
34.     }  
35.   
36.     @Override  
37.     public boolean interpret(Context ctx) {  
38.         return ctx.lookup(this);  
39.     }  
40.   
41. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:10:16
 * 
 * @类说明 ：一个Variable对象代表一个有名变量
 */
public class Variable extends Expression {

	private String name;

	public Variable(String name) {
		this.name = name;
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {

		if (obj != null && obj instanceof Variable) {
			return this.name.equals(((Variable) obj).name);
		}
		return false;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return this.toString().hashCode();
	}

	@Override
	public String toString() {
		return name;
	}

	@Override
	public boolean interpret(Context ctx) {
		return ctx.lookup(this);
	}

}

　　代表逻辑“与”操作的And类，表示由两个布尔表达式通过逻辑“与”操作给出一个新的布尔表达式的操作

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:10:55 
6.  *  
7.  * @类说明 ：代表逻辑“与”操作的And类，表示由两个布尔表达式通过逻辑“与”操作给出一个新的布尔表达式的操作 
8.  */  
9. public class And extends Expression {  
10.   
11.     private Expression left, right;  
12.   
13.     public And(Expression left, Expression right) {  
14.         this.left = left;  
15.         this.right = right;  
16.     }  
17.   
18.     @Override  
19.     public boolean equals(Object obj) {  
20.         if (obj != null && obj instanceof And) {  
21.             return left.equals(((And) obj).left) && right.equals(((And) obj).right);  
22.         }  
23.         return false;  
24.     }  
25.   
26.     @Override  
27.     public int hashCode() {  
28.         return this.toString().hashCode();  
29.     }  
30.   
31.     @Override  
32.     public boolean interpret(Context ctx) {  
33.   
34.         return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx);  
35.     }  
36.   
37.     @Override  
38.     public String toString() {  
39.         return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")";  
40.     }  
41.   
42. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:10:55
 * 
 * @类说明 ：代表逻辑“与”操作的And类，表示由两个布尔表达式通过逻辑“与”操作给出一个新的布尔表达式的操作
 */
public class And extends Expression {

	private Expression left, right;

	public And(Expression left, Expression right) {
		this.left = left;
		this.right = right;
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (obj != null && obj instanceof And) {
			return left.equals(((And) obj).left) && right.equals(((And) obj).right);
		}
		return false;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return this.toString().hashCode();
	}

	@Override
	public boolean interpret(Context ctx) {

		return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx);
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")";
	}

}

　　代表逻辑“或”操作的Or类。代表由两个布尔表达式通过逻辑“或”操作给出一个新的布尔表达式的操作

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:20 
6.  *  
7.  * @类说明 ：代表逻辑“或”操作的Or类，代表由两个布尔表达式通过逻辑“或”操作给出一个新的布尔表达式的操作 
8.  */  
9. public class Or extends Expression {  
10.     private Expression left, right;  
11.   
12.     public Or(Expression left, Expression right) {  
13.         this.left = left;  
14.         this.right = right;  
15.     }  
16.   
17.     @Override  
18.     public boolean equals(Object obj) {  
19.         if (obj != null && obj instanceof Or) {  
20.             return this.left.equals(((Or) obj).left) && this.right.equals(((Or) obj).right);  
21.         }  
22.         return false;  
23.     }  
24.   
25.     @Override  
26.     public int hashCode() {  
27.         return this.toString().hashCode();  
28.     }  
29.   
30.     @Override  
31.     public boolean interpret(Context ctx) {  
32.         return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx);  
33.     }  
34.   
35.     @Override  
36.     public String toString() {  
37.         return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")";  
38.     }  
39.   
40. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:20
 * 
 * @类说明 ：代表逻辑“或”操作的Or类，代表由两个布尔表达式通过逻辑“或”操作给出一个新的布尔表达式的操作
 */
public class Or extends Expression {
	private Expression left, right;

	public Or(Expression left, Expression right) {
		this.left = left;
		this.right = right;
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (obj != null && obj instanceof Or) {
			return this.left.equals(((Or) obj).left) && this.right.equals(((Or) obj).right);
		}
		return false;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return this.toString().hashCode();
	}

	@Override
	public boolean interpret(Context ctx) {
		return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx);
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")";
	}

}

　　代表逻辑“非”操作的Not类。代表由一个布尔表达式通过逻辑“非”操作给出一个新的布尔表达式的操作

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:36 
6.  *  
7.  * @类说明 ：代表逻辑“非”操作的Not类，代表由一个布尔表达式通过逻辑“非”操作给出一个新的布尔表达式的操作 
8.  */  
9. public class Not extends Expression {  
10.   
11.     private Expression exp;  
12.   
13.     public Not(Expression exp) {  
14.         this.exp = exp;  
15.     }  
16.   
17.     @Override  
18.     public boolean equals(Object obj) {  
19.         if (obj != null && obj instanceof Not) {  
20.             return exp.equals(((Not) obj).exp);  
21.         }  
22.         return false;  
23.     }  
24.   
25.     @Override  
26.     public int hashCode() {  
27.         return this.toString().hashCode();  
28.     }  
29.   
30.     @Override  
31.     public boolean interpret(Context ctx) {  
32.         return !exp.interpret(ctx);  
33.     }  
34.   
35.     @Override  
36.     public String toString() {  
37.         return "(Not " + exp.toString() + ")";  
38.     }  
39.   
40. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:36
 * 
 * @类说明 ：代表逻辑“非”操作的Not类，代表由一个布尔表达式通过逻辑“非”操作给出一个新的布尔表达式的操作
 */
public class Not extends Expression {

	private Expression exp;

	public Not(Expression exp) {
		this.exp = exp;
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (obj != null && obj instanceof Not) {
			return exp.equals(((Not) obj).exp);
		}
		return false;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		return this.toString().hashCode();
	}

	@Override
	public boolean interpret(Context ctx) {
		return !exp.interpret(ctx);
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "(Not " + exp.toString() + ")";
	}

}

 

　　环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射

 

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. import java.util.HashMap;  
4. import java.util.Map;  
5.   
6. /** 
7.  * @author: 特种兵—AK47 
8.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:54 
9.  *  
10.  * @类说明 ：环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射 
11.  */  
12. public class Context {  
13.   
14.     private Map<Variable, Boolean> map = new HashMap<Variable, Boolean>();  
15.   
16.     public void assign(Variable var, boolean value) {  
17.         map.put(var, new Boolean(value));  
18.     }  
19.   
20.     public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException {  
21.         Boolean value = map.get(var);  
22.         if (value == null) {  
23.             throw new IllegalArgumentException();  
24.         }  
25.         return value.booleanValue();  
26.     }  
27. }  

package com.bankht.Interpreter;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:54
 * 
 * @类说明 ：环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射
 */
public class Context {

	private Map<Variable, Boolean> map = new HashMap<Variable, Boolean>();

	public void assign(Variable var, boolean value) {
		map.put(var, new Boolean(value));
	}

	public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException {
		Boolean value = map.get(var);
		if (value == null) {
			throw new IllegalArgumentException();
		}
		return value.booleanValue();
	}
}

　　client类

 

1. package com.bankht.Interpreter;  
2.   
3. /** 
4.  * @author: 特种兵—AK47 
5.  * @创建时间：2012-7-3 下午03:12:17 
6.  *  
7.  * @类说明 ：client类 
8.  */  
9. public class Client {  
10.   
11.     public static void main(String[] args) {  
12.         Context ctx = new Context();  
13.         Variable x = new Variable("x");  
14.         Variable y = new Variable("y");  
15.         Constant c = new Constant(true);  
16.         ctx.assign(x, false);  
17.         ctx.assign(y, true);  
18.   
19.         Expression exp = new Or(new And(c, x), new And(y, new Not(x)));  
20.         System.out.println("x=" + x.interpret(ctx));  
21.         System.out.println("y=" + y.interpret(ctx));  
22.         System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));  
23.     }  
24.   
25. }  

package com.bankht.Interpreter;

/**
 * @author: 特种兵—AK47
 * @创建时间：2012-7-3 下午03:12:17
 * 
 * @类说明 ：client类
 */
public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		Context ctx = new Context();
		Variable x = new Variable("x");
		Variable y = new Variable("y");
		Constant c = new Constant(true);
		ctx.assign(x, false);
		ctx.assign(y, true);

		Expression exp = new Or(new And(c, x), new And(y, new Not(x)));
		System.out.println("x=" + x.interpret(ctx));
		System.out.println("y=" + y.interpret(ctx));
		System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));
	}

}

　　执行结果例如以下：

 

x=false  

y=true  

((true AND x) OR (y AND (Not x)))=true  

 

 

四、优缺点

解释器模式提供了一个简单的方式来运行语法，并且easy改动或者扩展语法。

一般系统中非常多类使用相似的语法，能够使用一个解释器来取代为每个规则实现一个解释器。并且在解释器中不同的规则是由不同的类来实现的，这样使得加入一个新的语法规则变得简单。

可是解释器模式对于复杂文法难以维护。能够想象一下。每个规则要相应一个处理类，并且这些类还要递归调用抽象表达式角色，多如乱麻的类交织在一起是多么恐怖的一件事啊。

 

五、总结

这样对解释器模式应该有了些大体的认识了吧。因为这个模式使用的案例匮乏。所以本文大部分观点直接来自于GOF的原著。仅仅是实例代码是亲自实现并调试通过的。

 

 

 

本文借鉴：

http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/4236961.html

http://blog.csdn.net/hfmbook/article/details/7688593

http://blog.csdn.net/ylchou/article/details/7594135

http://blog.csdn.net/m13666368773/article/details/7712110

 

 

x=false
y=true
((true AND x) OR (y AND (Not x)))=true