JAVA設計模式之解釋器模式詳解

2019-11-26 15:13:54

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供稿：網友

在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述解釋器（Interpreter）模式的：

解釋器模式是類的行為模式。給定一個語言之后，解釋器模式可以定義出其文法的一種表示，并同時提供一個解釋器?？蛻舳丝梢允褂眠@個解釋器來解釋這個語言中的句子。

解釋器模式的結構

　　下面就以一個示意性的系統為例，討論解釋器模式的結構。系統的結構圖如下所示：

模式所涉及的角色如下所示：

　?。?）抽象表達式(Expression)角色：聲明一個所有的具體表達式角色都需要實現的抽象接口。這個接口主要是一個interpret()方法，稱做解釋操作。

　?。?）終結符表達式(Terminal Expression)角色：實現了抽象表達式角色所要求的接口，主要是一個interpret()方法；文法中的每一個終結符都有一個具體終結表達式與之相對應。比如有一個簡單的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是終結符，對應的解析R1和R2的解釋器就是終結符表達式。

　?。?）非終結符表達式(Nonterminal Expression)角色：文法中的每一條規則都需要一個具體的非終結符表達式，非終結符表達式一般是文法中的運算符或者其他關鍵字，比如公式R=R1+R2中，“+"就是非終結符，解析“+”的解釋器就是一個非終結符表達式。

　?。?）環境(Context)角色：這個角色的任務一般是用來存放文法中各個終結符所對應的具體值，比如R=R1+R2，我們給R1賦值100，給R2賦值200。這些信息需要存放到環境角色中，很多情況下我們使用Map來充當環境角色就足夠了。

　為了說明解釋器模式的實現辦法，這里給出一個最簡單的文法和對應的解釋器模式的實現，這就是模擬Java語言中對布爾表達式進行操作和求值。

　　在這個語言中終結符是布爾變量，也就是常量true和false。非終結符表達式包含運算符and，or和not等布爾表達式。這個簡單的文法如下：

復制代碼代碼如下:

　　　　Expression ::= Constant | Variable | Or | And | Not

　　　　And 　　　　::= Expression 'AND' Expression

　　　　Or　　　　　::= Expression 'OR' Expression

　　　　Not　　　　 ::= 'NOT' Expression

　　　　Variable　　::= 任何標識符

　　　　Constant ::= 'true' | 'false'

解釋器模式的結構圖如下所示：

源代碼

　　抽象表達式角色

復制代碼代碼如下:

public abstract class Expression {
    /**
     * 以環境為準，本方法解釋給定的任何一個表達式
     */
    public abstract boolean interpret(Context ctx);
    /**
     * 檢驗兩個表達式在結構上是否相同
     */
    public abstract boolean equals(Object obj);
    /**
     * 返回表達式的hash code
     */
    public abstract int hashCode();
    /**
     * 將表達式轉換成字符串
     */
    public abstract String toString();
}

　　一個Constant對象代表一個布爾常量

復制代碼代碼如下:

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();
    }

}

一個Variable對象代表一個有名變量

復制代碼代碼如下:

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);
    }

}

代表邏輯“與”操作的And類，表示由兩個布爾表達式通過邏輯“與”操作給出一個新的布爾表達式的操作

復制代碼代碼如下:

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() + ")";
    }

}

　　代表邏輯“或”操作的Or類，代表由兩個布爾表達式通過邏輯“或”操作給出一個新的布爾表達式的操作

復制代碼代碼如下:

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() + ")";
    }

}

　　代表邏輯“非”操作的Not類，代表由一個布爾表達式通過邏輯“非”操作給出一個新的布爾表達式的操作

復制代碼代碼如下:

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() + ")";
    }

}

　　環境(Context)類定義出從變量到布爾值的一個映射

復制代碼代碼如下:

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();
    }
}

客戶端類

復制代碼代碼如下:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Context ctx = new Context();
        Variable x = new Variable("x");
        Variable y = new Variable("y");
        Constant c = new Constant(true);
        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));
    }

}

運行結果如下：