JAVA设计模式之解释器模式详解
投稿：junjie
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
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();
}
一个Constant对象代表一个布尔常量
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();
}
}
一个Variable对象代表一个有名变量
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
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
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
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
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();
}
}
客户端类
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));
}
}
运行结果如下：
