设计模式(27)-----解释器模式

解释器模式(interpreter)

定义

　　给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

UML类图

角色

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

例子

　　抽象表达式(Expression)

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

/**  
 * @Title:  Expression.java   
 * @Description: 抽象表达式(Expression)
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:57:58  
 */  
public abstract class Expression {
    
    //解释器解释
    public abstract boolean interpret(Context ctx);
    
    public abstract boolean equals(Object object);
    
    public abstract int hashCode();
    
    public abstract String toString();
}

　　

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

/**  
 * @Title:  Constant.java   
 * @Description: bool常量，终结
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:48:15  
 */  
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 String toString() {
        return new Boolean(value).toString();
    }

    @Override
    public boolean interpret(Context ctx) {
        return value;
    }
}

　　

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

/**  
 * @Title:  Variable.java   
 * @Description: 有名变量，终结 
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:48:33  
 */  
public class Variable extends Expression {

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

    @Override
    public boolean equals(Object object) {
        if(object != null && object instanceof Variable) {
            return this.name.equals(((Variable)object).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);
    }
}

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

/**  
 * @Title:  And.java   
 * @Description: and表达式 ，非终结
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:48:52  
 */  
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 object) {
        if(object != null && object instanceof And) {
            return this.left.equals(((And)object).left) && this.right.equals(((And)object).right);
        }
        return false;
    }

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

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

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

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

/**  
 * @Title:  Not.java   
 * @Description: not表达式 
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:49:24  
 */  
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 String toString() {
        return "(Not " + exp.toString() + ")";
    }

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

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

/**  
 * @Title:  Or.java   
 * @Description: or表达式
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:49:34  
 */  
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() + ")";
    }

}

　　Context环境类

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

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

/**  
 * @Title:  Context.java   
 * @Description: 环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射
 * @author: Han   
 * @date:   2016年7月2日 上午9:49:02  
 */  
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

package com.csdhsm.pattemdesign.interpreter;

public class Solution {
    public static void main(String[] args) {
        
        Context ctx = new Context();
        //声明一个变量x
        Variable x = new Variable("x");
        //声明一个变量y
        Variable y = new Variable("y");
        Constant c = new Constant(true);
        //变量x的值为false，存入环境
        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));
    }
}

　　结果

　　ok，成功。

总结

　　解释器模式提供了一个简单的方式来执行语法，而且容易修改或者扩展语法。一般系统中很多类使用相似的语法，可以使用一个解释器来代替为每一个规则实现一个解释器。而且在解释器中不同的规则是由不同的类来实现的，这样使得添加一个新的语法规则变得简单。

　　但是解释器模式对于复杂文法难以维护。可以想象一下，每一个规则要对应一个处理类，而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！