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神马    -  云代码空间

—— 任何傻瓜都能写出计算机可以理解的代码,好的程序员能写出人能读懂的代码。

JAVA设计模式——解释器模式

2012-12-12|2275阅||

摘要: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

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:

  (1)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。

  (2)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。

  (3)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。

  (4)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

复制代码
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();
}
复制代码

  一个Constant对象代表一个布尔常量

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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();
    }
    
}
复制代码

  一个Variable对象代表一个有名变量

复制代码
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);
    }

}
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  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

复制代码
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() + ")";
    }

}
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  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

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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() + ")";
    }

}
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  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

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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() + ")";
    }

}
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  环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射

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public class Context { private Map map = new HashMap(); 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();
    }
},boolean>,boolean>
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  客户端类

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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));
    }

}
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