一、概述
一般问题:如果一种特定类型的问题发生的频率足够高,且有固定文法。
核心方案:定义一个语言的文法,并且建立一个解释器来解释该语言中的句子。
设计意图:解释器模式用到的地方比较少,因为我们很少会自己去构造一个语言的文法,最容易想到的是编译器,设计编程语言的人才会用到。在日常开发中,能用到解释器模式的必然符合一定条件:语法规则固定,语义句式多变。
- Expression:抽象表达式,声明一个抽象的解释操作父类,并定义一个抽象的 interpret() 解释方法,其具体的实现在各个具体的子类解释器中完成。
- TerminalExpression:终结符表达式,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。
- NonterminalExpression:非终结符表达式,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。
- Context:上下文环境类,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。
- Client:客户类,解析表达式,构建抽象语法树,执行具体的解释操作等。
二、应用实战
以四则运算的解释器为例,我们剖析一个简单的加减法表达式:
TEx为TerminalExpression;NEx为NonterminalExpression。
从图上可以看出,语法解析是从局部到整体层层递归,最终解释出整个表达式。
具体代码设计如下:
ArithExpression为抽象表达式,对应Expression
/** * 抽象的解析方法 */ public abstract class ArithExpression { public abstract int interpreter(); }
NumExpression为数字表达式,对应终结符表达式
public class NumExpression extends ArithExpression{ private int num; public NumExpression(int num){ this.num = num; } @Override public int interpreter() { return num; //直接返回值 } }
OperatorExpression为运算符表达式,对应非终结表达式
public abstract class OperatorExpression extends ArithExpression{ protected ArithExpression exp1, exp2; public OperatorExpression(ArithExpression exp1, ArithExpression exp2){ this.exp1 = exp1; this.exp2 = exp2; } }
下面是加法和减法云算法符表达式,对应具体非终结表达式
public class Add extends OperatorExpression{ public Add(ArithExpression exp1, ArithExpression exp2) { super(exp1, exp2); } @Override public int interpreter() { return exp1.interpreter() + exp2.interpreter(); //两个终结表达式之和 } }
public class Minus extends OperatorExpression{ public Minus(ArithExpression exp1, ArithExpression exp2) { super(exp1, exp2); } @Override public int interpreter() { return exp1.interpreter() - exp2.interpreter(); //两个终结表达式之差 } }
文法已经给出,下面是重点的解释器:
public class Calculator { //声明一个Stack栈储存并操作所有相关的解释器 private Stack<ArithExpression> mExpStack = new Stack<ArithExpression>(); /** * expression为四则表达式,这里对其作递归解释 */ public Calculator(String expression) { ArithExpression exp1,exp2; //声明两个ArithExpression类型的临时变量,储存运算符左右两边的数字解释器 String[] elements = expression.split(" "); //根据空格分割表达式字符串 //遍历表达式元素数组 for (int i = 0; i < elements.length; i++) { switch (elements[i].charAt(0)) { case '+': exp1 = mExpStack.pop(); //如果是加号,则将栈中的表达式弹出作为运算符号左边参数 exp2 = new NumExpression(Integer.parseInt(elements[++i])); //同时将运算符号数组下标的下一个元素构造为一个数字表达式 mExpStack.push(new Add(exp1, exp2)); //通过上面的两个数字表达式构造加法表达式 break; case '-': exp1 = mExpStack.pop(); //如果是减号,则将栈中的表达式弹出作为运算符号左边参数 exp2 = new NumExpression(Integer.parseInt(elements[++i])); //同时将运算符号数组下标的下一个元素构造为一个数字表达式 mExpStack.push(new Minus(exp1, exp2)); //通过上面的两个数字表达式构造减法表达式 break; default: //如果为数字,直接构造数字表达式并压入栈 mExpStack.push(new NumExpression(Integer.valueOf(elements[i]))); break; } } } /** * 计算结果 */ public int calculate() { return mExpStack.pop().interpreter(); } }
测试解释器:
public class Client { public static void main(String[] args) { Calculator c = new Calculator("5 + 6 - 8"); System.out.println("计算结果:"+c.calculate()); } }
结果:
计算结果:3
三、总结
总结:解释器是一种行为型设计模式,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。
优点:
可扩展性比较好,文法规则进行扩展延伸时,只需要增加相应的非终结符解释器。
缺点:
- 可利用场景比较少
- 对于复杂的文法比较难维护
- 解释器模式会引起表达式类膨胀
- 循环和递归效率低