（二十四）Java设计模式之解释器模式

迈不过友情╰ 2022-06-05 23:06 178阅读 0赞

在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述解释器（Interpreter）模式的：

**解释器模式是类的行为模式。给定一个语言之后，解释器模式可以定义出其文法的一种表示，并同时提供一个解释器。客户端可以使用这个解释器来解释这个语言中的句子。**

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**解释器模式的结构**

下面就以一个示意性的系统为例，讨论解释器模式的结构。系统的结构图如下所示：  
　　![这里写图片描述][SouthEast]

模式所涉及的角色如下所示：

**（1）抽象表达式(Expression)角色：**声明一个所有的具体表达式角色都需要实现的抽象接口。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；文法中的每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。比如有一个简单的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是终结符，对应的解析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需要一个具体的非终结符表达式，非终结符表达式一般是文法中的运算符或者其他关键字，比如公式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：**这个角色的任务一般是用来存放文法中各个终结符所对应的具体值，比如R=R1+R2，我们给R1赋值100，给R2赋值200。这些信息需要存放到环境角色中，很多情况下我们使用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对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。非终结符表达式包含运算符and，or和not等布尔表达式。这个简单的文法如下：

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

**And 　　　　::= Expression ‘AND’ Expression**

**Or　　　　　::= Expression ‘OR’ Expression**

**Not　　　　 ::= ‘NOT’ Expression**

**Variable　　::= 任何标识符**

**Constant 　 ::= ‘true’ | ‘false’**

解释器模式的结构图如下所示：  
　　![这里写图片描述][SouthEast 1]

**源代码**

抽象表达式角色

public abstract class Expression { 
        /** * 以环境为准，本方法解释给定的任何一个表达式 */
        public abstract boolean interpret(Context ctx);
        /** * 检验两个表达式在结构上是否相同 */
        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

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

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

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

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

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

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();
        }
    }

客户端类

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));
        }
    
    }

运行结果如下：  
　　![这里写图片描述][SouthEast 2]

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[SouthEast]: /images/20220606/950bd4a644d7449b81b2466bddf052e5.png
[SouthEast 1]: /images/20220606/14bace669e0f453fb7a1049dad1ac675.png
[SouthEast 2]: /images/20220606/2dcb3d5af63046c29d427f715bb22a95.png
[JAVA_how2j.cn]: http://how2j.cn?p=21250