Interpreter Expression 解释器模式 [MD]

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解释器模式

简介

Interpreter模式也叫解释器模式，是行为模式之一，它是一种特殊的设计模式，它建立一个解释器，对于特定的计算机程序设计语言，用来解释预先定义的文法。

应用环境：

• 如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。而且当文法简单、效率不是关键问题的时候效果最好。
• 当有一个语言需要解释执行，并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树，可以使用解释器模式。

角色：

• 抽象表达式角色(AbstractExpression): 声明一个抽象的解释操作，这个接口为所有具体表达式角色都要实现的
• 终结符表达式角色(TerminalExpression): 实现与文法中的元素相关联的解释操作，通常一个解释器模式中只有一个终结符表达式，但有多个实例对应不同的终结符
• 非终结符表达式角色(NonterminalExpression): 文法中的每条规则对应于一个非终结表达式，非终结表达式根据逻辑的复杂程度而增加，原则上每个文法规则都对应一个非终结符表达式
• 环境角色(Context): 包含解释器之外的一些全局信息

优点：

• 解释器是一个简单语法分析工具，它最显著的优点就是【扩展性】，修改语法规则只要修改相应的【非终结符表达式】就可以了，若扩展语法，则只要增加【非终结符类】就可以了。

缺点：

• 解释器模式会引起【类膨胀】，每个语法都要产生一个非终结符表达式，语法规则比较复杂时，可能产生大量的类文件，难以维护
• 解释器模式采用【递归调用】方法，它导致调试非常复杂
• 解释器由于使用了大量的循环和递归，所以当用于解析复杂、冗长的语法时，【效率】是难以忍受的

注意事项：

尽量不要在重要模块中使用解释器模式，因为维护困难。在项目中，可以使用shell,JRuby,Groovy等脚本语言来代替解释器模式。

作用：用一组类代表某一规则

这个模式通常定义了一个语言的语法，然后解析相应语法的语句。

java.util.Pattern
java.text.Format

案例一

环境角色

class Context {
    private Map<String, Integer> valueMap = new HashMap<String, Integer>();
    public void addValue(String key, int value) {
        valueMap.put(key, value);
    }
    public int getValue(String key) {
        return valueMap.get(key);
    }
}

抽象表达式角色

声明一个抽象的解释操作，这个接口为所有具体表达式角色都要实现的

abstract class AbstractExpression {
    public abstract int interpreter(Context context);
}

终结符表达式角色

实现与文法中的元素相关联的解释操作，通常一个解释器模式中只有一个终结符表达式，但有多个实例对应不同的终结符 
Terminal 终结符,末期的,晚期的。终结符是语言中用到的基本元素，一般不能再被分解

class TerminalExpression extends AbstractExpression {
    private int i;
    public TerminalExpression(int i) {
        this.i = i;
    }
    @Override
    public int interpreter(Context context) {//不进行任何操作
        return i;
    }
}

非终结符表达式角色

文法中的每条规则对应于一个非终结表达式，非终结表达式根据逻辑的复杂程度而增加

加法操作

class AddNTExpression extends AbstractExpression {
    private AbstractExpression left;
    private AbstractExpression right;
    public AddNTExpression(AbstractExpression left, AbstractExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    public int interpreter(Context context) {
        return left.interpreter(context) + right.interpreter(context);
    }
}

减法操作

class SubtractNTExpression extends AbstractExpression {
    private AbstractExpression left;
    private AbstractExpression right;
    public SubtractNTExpression(AbstractExpression left, AbstractExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    public int interpreter(Context context) {
        return left.interpreter(context) - right.interpreter(context);
    }
}

乘法操作

class MultiplyNTExpression extends AbstractExpression {
    private AbstractExpression left;
    private AbstractExpression right;
    public MultiplyNTExpression(AbstractExpression left, AbstractExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    public int interpreter(Context context) {
        return left.interpreter(context) * right.interpreter(context);
    }
}

除法操作

class DivisionNTExpression extends AbstractExpression {
    private AbstractExpression left;
    private AbstractExpression right;
    public DivisionNTExpression(AbstractExpression left, AbstractExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    public int interpreter(Context context) {
        int value = right.interpreter(context);
        if (value != 0) return left.interpreter(context) / value;
        return -1111;
    }
}

使用演示

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //计算(7*8)/(7-8+2)的值
        Context context = new Context();
        context.addValue("a", 7);
        context.addValue("b", 8);
        context.addValue("c", 2);

        AbstractExpression multiplyValue = new MultiplyNTExpression(new TerminalExpression(context.getValue("a")), new TerminalExpression(context.getValue("b")));//计算a*b
        AbstractExpression subtractValue = new SubtractNTExpression(new TerminalExpression(context.getValue("a")), new TerminalExpression(context.getValue("b")));//计算a-b

        AbstractExpression addValue = new AddNTExpression(subtractValue, new TerminalExpression(context.getValue("c")));//计算(a-b)+c

        AbstractExpression divisionValue = new DivisionNTExpression(multiplyValue, addValue);//计算(a*b)/(a-b+c)

        System.out.println(divisionValue.interpreter(context));
    }
}

案例二

创建一个表达式接口

public interface Expression { //表达式接口
   boolean interpret(String context); //解释指定的内容
}

创建实现了上述接口的实体类

public class TerminalExpression implements Expression {
   private String data;
   public TerminalExpression(String data){
      this.data = data;
   }
   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      if(context.contains(data)){ //包含
         return true;
      }
      return false;
   }
}

public class OrExpression implements Expression {

   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;

   public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context); //两个表达式是否有一个能解释指定内容
   }
}

public class AndExpression implements Expression {

   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;

   public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context); //两个表达式是否都能解释指定内容
   }
}

测试

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //使用 Expression 类来创建规则，并解析它们。
        Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
        Expression john = new TerminalExpression("John");
        Expression or = new OrExpression(robert, john);
        System.out.println(or.interpret("John")); //true

        Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
        Expression married = new TerminalExpression("Married");
        Expression and = new AndExpression(julie, married);
        System.out.println(and.interpret("Married Julie")); //true
    }
}

2016-08-24