在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述解释器(Interpreter)模式的:
解释器模式是类的行为模式。给定一个语言之后,解释器模式可以定义出其文法的一种表示,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。
解释器模式的结构
下面就以一个示意性的系统为例,讨论解释器模式的结构。系统的结构图如下所示:
模式所涉及的角色如下所示:
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。
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,这就是模拟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' |
解释器模式的结构图如下所示:
源代码
抽象表达式角色
1public abstract class Expression {
2 /**
3 * 以环境为准,本方法解释给定的任何一个表达式
4 */
5 public abstract boolean interpret(Context ctx);
6 /**
7 * 检验两个表达式在结构上是否相同
8 */
9 public abstract boolean equals(Object obj);
10 /**
11 * 返回表达式的hash code
12 */
13 public abstract int hashCode();
14 /**
15 * 将表达式转换成字符串
16 */
17 public abstract String toString();
18}
一个Constant对象代表一个布尔常量
1public class Constant extends Expression{
2
3 private boolean value;
4
5 public Constant(boolean value){
6 this.value = value;
7 }
8
9 @Override
10 public boolean equals(Object obj) {
11
12 if(obj != null && obj instanceof Constant){
13 return this.value == ((Constant)obj).value;
14 }
15 return false;
16 }
17
18 @Override
19 public int hashCode() {
20 return this.toString().hashCode();
21 }
22
23 @Override
24 public boolean interpret(Context ctx) {
25
26 return value;
27 }
28
29 @Override
30 public String toString() {
31 return new Boolean(value).toString();
32 }
33
34}
一个Variable对象代表一个有名变量
1public class Variable extends Expression {
2
3 private String name;
4
5 public Variable(String name){
6 this.name = name;
7 }
8 @Override
9 public boolean equals(Object obj) {
10
11 if(obj != null && obj instanceof Variable)
12 {
13 return this.name.equals(
14 ((Variable)obj).name);
15 }
16 return false;
17 }
18
19 @Override
20 public int hashCode() {
21 return this.toString().hashCode();
22 }
23
24 @Override
25 public String toString() {
26 return name;
27 }
28
29 @Override
30 public boolean interpret(Context ctx) {
31 return ctx.lookup(this);
32 }
33
34}
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
1public class And extends Expression {
2
3 private Expression left,right;
4
5 public And(Expression left , Expression right){
6 this.left = left;
7 this.right = right;
8 }
9 @Override
10 public boolean equals(Object obj) {
11 if(obj != null && obj instanceof And)
12 {
13 return left.equals(((And)obj).left) &&
14 right.equals(((And)obj).right);
15 }
16 return false;
17 }
18
19 @Override
20 public int hashCode() {
21 return this.toString().hashCode();
22 }
23
24 @Override
25 public boolean interpret(Context ctx) {
26
27 return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx);
28 }
29
30 @Override
31 public String toString() {
32 return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")";
33 }
34
35}
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
1public class Or extends Expression {
2 private Expression left,right;
3
4 public Or(Expression left , Expression right){
5 this.left = left;
6 this.right = right;
7 }
8 @Override
9 public boolean equals(Object obj) {
10 if(obj != null && obj instanceof Or)
11 {
12 return this.left.equals(((Or)obj).left) && this.right.equals(((Or)obj).right);
13 }
14 return false;
15 }
16
17 @Override
18 public int hashCode() {
19 return this.toString().hashCode();
20 }
21
22 @Override
23 public boolean interpret(Context ctx) {
24 return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx);
25 }
26
27 @Override
28 public String toString() {
29 return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")";
30 }
31
32}
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
1public class Not extends Expression {
2
3 private Expression exp;
4
5 public Not(Expression exp){
6 this.exp = exp;
7 }
8 @Override
9 public boolean equals(Object obj) {
10 if(obj != null && obj instanceof Not)
11 {
12 return exp.equals(
13 ((Not)obj).exp);
14 }
15 return false;
16 }
17
18 @Override
19 public int hashCode() {
20 return this.toString().hashCode();
21 }
22
23 @Override
24 public boolean interpret(Context ctx) {
25 return !exp.interpret(ctx);
26 }
27
28 @Override
29 public String toString() {
30 return "(Not " + exp.toString() + ")";
31 }
32
33}
环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射
1public class Context {
2
3 private Map<Variable,Boolean> map = new HashMap<Variable,Boolean>();
4
5 public void assign(Variable var , boolean value){
6 map.put(var, new Boolean(value));
7 }
8
9 public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException{
10 Boolean value = map.get(var);
11 if(value == null){
12 throw new IllegalArgumentException();
13 }
14 return value.booleanValue();
15 }
16}
客户端类
1public class Client {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 Context ctx = new Context();
5 Variable x = new Variable("x");
6 Variable y = new Variable("y");
7 Constant c = new Constant(true);
8 ctx.assign(x, false);
9 ctx.assign(y, true);
10
11 Expression exp = new Or(new And(c,x) , new And(y,new Not(x)));
12 System.out.println("x=" + x.interpret(ctx));
13 System.out.println("y=" + y.interpret(ctx));
14 System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));
15 }
16
17}
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