软件工程学习日志2025.11.24

一、学习基本信息

• 学习时间：[填写具体学习日期]
• 学习主题：解释器模式、迭代器模式的原理与实践
• 学习目标：
  1. 理解两种设计模式的核心动机、结构组成及适用场景
  2. 掌握基于设计模式的代码设计与实现方法
  3. 能够运用设计模式解决实际业务问题（机器人指令解析、学生信息遍历）
     二、理论学习总结
     （一）解释器模式

1. 核心动机：用于定义语言的文法规则，并构建一个解释器来解释该语言中的句子。适用于需要频繁解析特定格式指令或表达式的场景，如机器人控制、公式计算等。
2. 模式结构：
   • 抽象表达式（AbstractExpression）：定义解释器的统一接口，声明interpret方法。
   • 终结符表达式（TerminalExpression）：实现文法中终结符的解释逻辑，处理不可再分的基本元素。
   • 非终结符表达式（CompositeExpression）：实现文法中非终结符的解释逻辑，处理复合规则（如多个表达式的组合）。
   • 上下文（Context）：存储文法映射关系、全局数据等，为解释过程提供支持。
3. 核心优势：易于扩展新的文法规则（新增表达式类即可），解释逻辑与业务逻辑分离，提高代码可读性。

（二）迭代器模式

1. 核心动机：提供一种统一的方式遍历聚合对象（如集合、列表）中的元素，而无需暴露聚合对象的内部结构。适用于需要多种遍历方式（如升序、降序）或隐藏聚合对象实现细节的场景。
2. 模式结构：
   • 迭代器接口（Iterator）：定义遍历相关的方法（hasNext、next、reset等）。
   • 具体迭代器（ConcreteIterator）：实现迭代器接口，封装具体的遍历逻辑（如升序遍历、降序遍历）。
   • 聚合对象（Aggregate）：存储元素集合，提供创建迭代器的方法。
3. 核心优势：遍历逻辑与聚合对象解耦，支持同一聚合对象多种遍历方式，符合"单一职责原则"。

三、实验实践过程
（一）解释器模式：机器人指令解析

1. 实验需求
   根据给定文法规则，将英文机器人指令解析为中文描述。例如：

• 输入"up move 5"，输出"向上移动5个单位"
• 输入"down run 10 and left move 20"，输出"向下移动10个单位再向左移动20个单位"

2. 实现步骤

3. 设计上下文类Context：维护英文与中文的映射关系（方向：up→向上、动作：move→移动等）。

4. 定义抽象表达式类AbstractExpression：声明interpret抽象方法。

5. 实现终结符表达式TerminalExpression：处理单个指令（direction action distance）的解析逻辑。

6. 实现非终结符表达式CompositeExpression：处理"expression and expression"的复合指令解析。

7. 客户端构建：通过字符串分割与递归构建表达式树，调用interpret方法完成解析。

8. 关键代码片段
   // 复合表达式解释逻辑
   @Override
   public String interpret(Context context) {
   // 复合指令拼接：左侧结果 + "再" + 右侧结果
   return leftExpr.interpret(context) + "再" + rightExpr.interpret(context);
   }

// 客户端解析逻辑
private static AbstractExpression buildExpression(StringTokenizer tokenizer) {
String direction = tokenizer.nextToken();
String action = tokenizer.nextToken();
int distance = Integer.parseInt(tokenizer.nextToken());
AbstractExpression expr = new TerminalExpression(direction, action, distance);

// 递归处理复合指令
if (tokenizer.hasMoreTokens() && "and".equals(tokenizer.nextToken())) {
    expr = new CompositeExpression(expr, buildExpression(tokenizer));
}
return expr;

}

4. 测试结果

• 输入：up move 5 → 输出：向上移动5个单位
• 输入：down run 10 and left move 20 → 输出：向下移动10个单位再向左移动20个单位
• 输入：right move 3 and up run 7 and left move 1 → 输出：向右移动3个单位再向上移动7个单位再向左移动1个单位

（二）迭代器模式：学生信息遍历

1. 实验需求
   使用迭代器模式实现44名学生信息的遍历，支持学号升序和降序两种排列方式。

2. 实现步骤

3. 定义学生实体类Student：封装学号、姓名、年龄属性。

4. 设计迭代器接口StudentIterator：声明hasNext、next、reset方法。

5. 实现具体迭代器：

   • AscendingIterator：按学号升序排序并遍历。
   • DescendingIterator：按学号降序排序并遍历。

6. 实现聚合类StudentCollection：维护学生列表，提供获取两种迭代器的方法。

7. 客户端测试：创建学生集合，通过不同迭代器完成遍历输出。

8. 关键代码片段
   // 升序迭代器排序逻辑
   public AscendingIterator(List students) {
   this.students = new ArrayList<>(students);
   this.students.sort(Comparator.comparing(Student::getStudentId)); // 按学号升序
   this.index = 0;
   }

// 聚合类提供迭代器
public StudentIterator getDescendingIterator() {
return new DescendingIterator(students);
}

// 客户端遍历
StudentIterator descendingIt = collection.getDescendingIterator();
while (descendingIt.hasNext()) {
System.out.println(descendingIt.next());
}

 4. 测试结果
- 升序遍历：按学号从2023001到2023005依次输出学生信息。
- 降序遍历：按学号从2023005到2023001依次输出学生信息。
- 扩展支持：通过`addStudent`方法批量添加44名学生后，遍历逻辑无需修改，符合"开闭原则"。

 四、类图设计
 （一）解释器模式类图
classDiagram
    direction TB
    class AbstractExpression {
        <<abstract>>
        +interpret(context: Context): String
    }
    class TerminalExpression {
        -direction: String
        -action: String
        -distance: int
        +TerminalExpression(direction: String, action: String, distance: int)
        +interpret(context: Context): String
    }
    class CompositeExpression {
        -leftExpr: AbstractExpression
        -rightExpr: AbstractExpression
        +CompositeExpression(left: AbstractExpression, right: AbstractExpression)
        +interpret(context: Context): String
    }
    class Context {
        -directionMap: Map~String, String~
        -actionMap: Map~String, String~
        +Context()
        +getDirectionCN(dir: String): String
        +getActionCN(action: String): String
    }
    AbstractExpression <|-- TerminalExpression
    AbstractExpression <|-- CompositeExpression
    TerminalExpression o-- Context
    CompositeExpression o-- AbstractExpression

（二）迭代器模式类图
classDiagram
direction TB
class Student {
-studentId: String
-name: String
-age: int
+Student(studentId: String, name: String, age: int)
+getStudentId(): String
+getName(): String
+getAge(): int
+toString(): String
}
class StudentIterator {
<>
+hasNext(): boolean
+next(): Student
+reset(): void
}
class AscendingIterator {
-students: List_Student
-index: int
+AscendingIterator(students: List_Student)
+hasNext(): boolean
+next(): Student
+reset(): void
}
class DescendingIterator {
-students: List_Student
-index: int
+DescendingIterator(students: List_Student)
+hasNext(): boolean
+next(): Student
+reset(): void
}
class StudentCollection {
-students: List_Student
+addStudent(student: Student): void
+getAscendingIterator(): StudentIterator
+getDescendingIterator(): StudentIterator
}
StudentIterator <|-- AscendingIterator
StudentIterator <|-- DescendingIterator
AscendingIterator o-- StudentCollection
DescendingIterator o-- StudentCollection
StudentCollection o-- List_Student
五、问题与解决

1. 解释器模式中复合指令嵌套处理：通过递归调用buildExpression方法，支持多层"a and b and c"格式指令，解决了单一层次解析的局限性。
2. 迭代器模式中学号排序逻辑：利用Comparator实现学号字符串的自然排序，确保升序/降序的正确性，同时避免修改聚合对象的原始数据顺序。
3. 类型转换异常处理：在解析机器人指令的距离参数时，通过Integer.parseInt转换字符串，若输入非整数会抛出异常，后续可通过添加参数校验优化。