设计模式之解释器模式
解释器模式基本介绍
1）在编译原理中，一个算术表达式通过词法分析器形成词法单元，而后这些词法单元再通过语法分析器构建语法分析树，最终形成一颗抽象的语法分析树。这里的词法分析器和语法分析器都可以看做是解释器
2）解释器模式( Interpreter Pattern):是指给定一个语言(表达式)，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，使用该解释器来解释语言中的句子(表达式)
3)应用场景
- 应用可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树
- 一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来表达
- 一个简单语法需要解释的场景
4)这样的例子还有，比如编译器、运算表达式计算、正则表达式、机器人等
解释器模式的原理类图
对原理类图的说明（解释器模式的角色及职责）
1.Context：环境角色：含有解释器之外的全局信息
2.AbstractExpression：抽象表达式，声明一个抽象的解释操作，这个方法为抽象语法树中所有的节点共享
3.TerminalExpression：终结符表达式，实现与3文法中的终结符相关的解释操作
4.NonTerminalExpression：非终结符表达式，为文法中的非终结符实现解释操作
说明：输入Context 和TerminalExpression信息通过Client输入即可
四则运算问题
通过解释器模式模式实现四则运算，如计算a+b-c的值
1.先输入表达式的形式，比如a+b+c-d+e，要求表达式的字母不能重复
2.再分别输出a,b,c,d,e的值
3.最后求出结果
代码实现
package com.cedric.interpreter;
import java.util.HashMap;
/**
* 抽象类表达式，通过HashMap键值对，可以获取到变量的值
*/
public abstract class Expression {
// 解释公式和 数值，key就是公式（表达式），value就是具体值
abstract int interpreter(HashMap<String,Integer> var);
}
package com.cedric.interpreter;
import java.util.HashMap;
/**
* 变量的解释器
*/
public class VarExpression extends Expression{
private String key;
public VarExpression(String key){
this.key = key;
}
// interpreter 根据变量名称返回对应值
@Override
int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
return var.get(this.key);
}
}
package com.cedric.interpreter;
import java.util.HashMap;
/**
* 抽象运算符号解析器，每个运算符号都之和自己左右两个数字有关系
* 但左右两个数字有可能也是一个解析的结果，无论何种类型，都是Expression实现类
*/
public class SymbolExpression extends Expression{
protected Expression left;
protected Expression right;
public SymbolExpression(Expression left,Expression right){
this.left = left;
this.right = right;
}
// 因为 SymbolExpression是其子类来实现，因此interpreter是一个默认实现
@Override
int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
return 0;
}
}
package com.cedric.interpreter;
import java.util.HashMap;
/**
* 加法解释器
*/
public class AddExpression extends SymbolExpression{
public AddExpression(Expression left, Expression right) {
super(left, right);
}
// 处理相加
public int interpreter(HashMap<String,Integer> var){
// super.left.interpreter(var)：返回left表达式对应的值
// super.right.interpreter(var)：返回right表达式对应的值
return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var);
}
}
package com.cedric.interpreter;
import java.util.HashMap;
public class SubExpression extends SymbolExpression{
public SubExpression(Expression left, Expression right) {
super(left, right);
}
// 求出left和right表达式相减后的结果
public int interpreter(HashMap<String,Integer> var){
// super.left.interpreter(var)：返回left表达式对应的值
// super.right.interpreter(var)：返回right表达式对应的值
return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
}
}
package com.cedric.interpreter;
import java.util.HashMap;
import java.util.Stack;
public class Calculator {
// 定义表达式
private Expression expression;
// 构造函数传参并解析
public Calculator(String expStr) {
// 安排先后顺序
Stack<Expression> stack = new Stack<>();
// 表达式拆分成字符数组
char[] charArray = expStr.toCharArray();
Expression left = null;
Expression right = null;
// 遍历字符数组
// 针对不同情况做相应处理
for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
switch (charArray[i]) {
case '+':
left = stack.pop();// 从stack取出left
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));// 去除右表达式
stack.push(new AddExpression(left, right));// 根据得到的left和right构建AddExpression加入stack
break;
case '-':
left = stack.pop();
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
stack.push(new AddExpression(left, right));
default:
// 如果是一个Var 就创建要给VarExpression对象，并push到stack
stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
break;
}
}
// 当遍历完整个charArray数组后，stack就得到了最后的Expression
this.expression = stack.pop();
}
public int run(HashMap<String, Integer> var) {
// 最后将表达式和var绑定
// 然后传递给expression的interpreter进行解释执行
return this.expression.interpreter(var);
}
}
package com.cedric.interpreter;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.HashMap;
public class ClientTest {
public static void main(String[] args) throws IOException {
String expStr = getExpStr();// a+b
HashMap<String,Integer> var = getValue(expStr);// var{a = 10,b = 20}
Calculator calculator = new Calculator(expStr);
System.out.println("运算结果：" + expStr + "=" + calculator.run(var));
}
// 获得表达式
public static String getExpStr() throws IOException {
System.out.println("请输入表达式：");
return (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();
}
// 获得映射值
public static HashMap<String,Integer> getValue(String expStr){
HashMap<String,Integer> map = new HashMap<>();
for(char ch : expStr.toCharArray()){
if(ch != '+' && ch != '-'){
break;
}
}
}
}
解释器模式的注意事项和细节
1.当有一个语言需要解释执行，可将该语言中的句子表示为一个抽象的语法树，就可以考虑使用解释器模式，让程序具有 良好的扩展性 2.应用场景：编译器、运算表达式计算、正则表达式、机器人等 3.使用解释器模式可能带来的问题:解释器模式会引起类膨胀、解释器模式采用递归调用方法 ，将会导致调试非常复杂，效率可能降低
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