解释器模式

　　给定其中一种语言，解释器模式可以定义出其文本的一种表示，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。

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，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'‘’

　　抽象语法树(AST)的每一个节点都代表一个语句，而在每一个节点上都可以执行解释方法。这个解释方法的执行就代表这个语句被解释。由于每一个语句都代表一个常见的问题的实例，因此每一个节点上的解释操作都代表对一个问题实例的解答。

 结构：

 其结构如下:

角色:

(1)抽象表达式角色(expression):声明一个所有的具体表达式都需要实现的抽象接口。这个接口主要是一个interpret()方法，称作解释方法。

(2)终结符表达式(Terminal Expression):这是一个具体表达式。比如 A and B 中的 a、b就是一个终结符表达式

实现了上述抽象表达式角色声明的接口，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对应。

(3)非终结表达式(Nonterminal Expression):一个具体角色。比如 A and B 中的 and就是一个终结符表达式

文法中的每一条规则R=R1R2R3...Rn都需要一个具体的非终结符表达式；

对每一个R1R2R3...Rn中的符号都持有一个静态类型为Expression的实例变量；

实现解释操作，即interpret()方法。解释操作以递归方式调用上面的R1R2R3...Rn中的各个符号的实例变量。

(4)客户端角色：构造一个抽象语法树(AST或AbstractSyntaxTree)；调用解释操作interpret()

(5)环境角色(Context):提供解释器之外的一些全局信息，比如变量的真实量值等。

源码如下：

抽象表达式角色：

package expression;

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();
}

Constant常量代表一个布尔常量：

package expression;

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();
    }

}

Variable代表有名变量，在使用Variable类时，需要将变量名传入构造中:

package expression;

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

package expression;

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

package expression;

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

package expression;

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

package expression;

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

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 expression;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Variable x = new Variable("x");
        Variable y = new Variable("y");

        Context ctx = new Context();
        ctx.assign(x, false);
        ctx.assign(y, true);
        System.out.println("x=" + x.interpret(ctx));
        System.out.println("y=" + y.interpret(ctx));

        Constant c = new Constant(true);
        Expression exp = new Or(new And(c, x), new And(y, new Not(x)));
        System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));
    }

}

结果：

x=false
y=true
((true AND x) OR (y AND (Not x)))=true

总结：

意图：给定一个语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该标识来解释语言中的句子。

主要解决：对于一些固定文法构建一个解释句子的解释器。

何时使用：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。

如何解决：构建语法树，定义终结符与非终结符。

关键代码：构建环境类，包含解释器之外的一些全局信息，一般是 HashMap。

应用实例：编译器、运算表达式计算。

优点： 1、可扩展性比较好，灵活。 2、增加了新的解释表达式的方式。 3、易于实现简单文法。

缺点： 1、可利用场景比较少。 2、对于复杂的文法比较难维护。 3、解释器模式会引起类膨胀。 4、解释器模式采用递归调用方法。

使用场景： 1、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。 2、一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。 3、一个简单语法需要解释的场景。

注意事项：可利用场景比较少，JAVA 中如果碰到可以用 expression4J、FEL表达式代替。