解释器设计模式

最新推荐文章于 2025-10-11 17:02:10 发布

原创最新推荐文章于 2025-10-11 17:02:10 发布 · 331 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#设计模式 #java #开发语言

设计模式专栏收录该内容

22 篇文章

订阅专栏

本文介绍了解释器模式在四则运算中的应用，包括模式的基本概念、实现步骤及代码示例，展示了如何通过构建抽象语法树解决扩展性和结构清晰的问题。

解释器模式

四则运算问题

通过解释器模式来实现四则运算，如计算a+b-c，具体要求

1）先输入表达式的形式，比如a+b+c-d+e,要求表达式的字母不能重复

2）在分别输入a,b,c,d,e的值

3）最后求出结果

传统方案解决四则运算问题分析

1）编写一个方法，接收表达式的形式，然后更具用户输入的数值进行分析，得到结果

2）问题分析：如果加入新的运算符，比如*/（等等，不利于扩展，另外让一个方法来解析会造成程序结构混乱）

3）解决方案：可以考虑使用解释器，即：表达式->解释器（可以有多种）->结果

1、解释器模式

基本介绍

1）在编译原理上，一个算术表达式通过词法分析器形成词法单元，而后这些词法单元再通过语法分析器构建语法分析树，最终形成一颗抽象的语法分析树，这里的词法分析器都可以看作是解释器

2）解释器模式（Interpreder Pattern）：是指给行一个语言（表达式），定义它的一种表示，并定义一个解释器，使用该解释器来解释语言中的句子（表达式）

3）应用场景

应用可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树

一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来表达

一个简单语法需要解释的场景

4）这样的例子如编译器，运算表达式计算，正则表达式，机器人

在这里插入图片描述

说明

1）Context:使环境角色，含有解释器之外的全局信息

2）AbstractExpress:抽象表达式，声明一个抽象的解释操作，这个方法为抽象语法树中所有的节点所共享

3）TerminalExpression:为终结符表达式，实现与文法中的终结相关的解释操作

4）NonTerminalExpression:为非终结符表达式，为文法中的非终结符实现解释操作

5）说明：输入Context he TerminalExpression 信息通过Client输入即可

解释器模式来实现四则运算

package designPatterns.interpreter;

import java.util.HashMap;
import java.util.Stack;

public class Calculator {
    //定义表达式
    private Expression expression;

    //构造函数传参//expStr = a+b
    public Calculator(String expStr) {
        //安排运算先后顺序
        Stack<Expression> stack = new Stack<>();
        //表达式拆分成字符数组
        char[] chars = expStr.toCharArray();

        Expression left = null;
        Expression right = null;
        //遍历我们的字符数组，即遍历[a,+,b]
        //针对不同的情况，做处理
        for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
            switch (chars[i]) {
                case '+':
                    left = stack.pop();//从statck取出left  'a'
                    right = new VarExpression(String.valueOf(chars[++i]));
                    stack.push(new AddExpression(left, right));
                    break;
                case '-':
                    left = stack.pop();
                    right = new VarExpression(String.valueOf(chars[++i]));
                    stack.push(new SubExpression(left, right));
                    break;
                default:
                    //如果是一个var就创建要给VarExpression对象，并push到stack
                    stack.push(new VarExpression(String.valueOf(chars[i])));
                    break;
            }
        }
        //当遍历完整个CharArray数组后，stack就得到了最后Expression
        this.expression = stack.pop();
    }

    public int run(HashMap<String, Integer> var) {
        //最后将表达式a+b和var={a=10,b=20}传给expression的interpreter进行解释执行
        return this.expression.interpreter(var);
    }
}

package designPatterns.interpreter;

import java.util.HashMap;

public abstract class Expression {
    //a+b-c
    //解释器公式和数值，key就是公式（表达式），参数【a,b,c】,value就是具体值
    //HashMap{a=10,b=20}
    public abstract int interpreter(HashMap<String,Integer> var);
}

package designPatterns.interpreter;

import java.util.HashMap;

//变量的解释器
public class VarExpression extends Expression {
    private String key;//key=a,key=b,key=c

    public VarExpression(String key) {
        this.key = key;
    }

    //var就是{a=10,b=20}
    //根据变量名称，返回对应值
    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return var.get(this.key);
    }
}

package designPatterns.interpreter;

import java.util.HashMap;

//抽象运算符号解析器，这里每个运算符号，都只和自己左右两个数字有关系
public class SymbolExpression extends Expression{
    protected Expression left;
    protected Expression right;
    public SymbolExpression(Expression left,Expression right){
        this.left=left;
        this.right=right;
    }

    //因为SymbolExpression是让其子类来实现，因此interpreter是一个默认实现
    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return 0;
    }
}

package designPatterns.interpreter;

import java.util.HashMap;

public class AddExpression extends SymbolExpression {
    public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        super(left, right);
    }

    //处理相加
    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var);
    }
}

package designPatterns.interpreter;

import java.util.HashMap;

//减法解释器
public class SubExpression extends SymbolExpression {

    public SubExpression(Expression left, Expression right) {
        super(left, right);
    }

    //求出left和right表达式相减后的结果
    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
    }
}

package designPatterns.interpreter;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.HashMap;

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String expStr = getExpStr();
        HashMap<String, Integer> var = getValue(expStr);
        Calculator calculator = new Calculator(expStr);
        int result = calculator.run(var);
        System.out.println(expStr + "=" + result);
    }

    //获取表达式
    public static String getExpStr() throws IOException {
        System.out.println("请输入表达式：");
        return new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
    }

    //获得值映射
    public static HashMap<String, Integer> getValue(String expStr) throws IOException {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        for (char ch : expStr.toCharArray()) {
            if (ch != '+' && ch != '-') {
                if (!hashMap.containsKey(String.valueOf(ch))) {
                    System.out.println("请输入" + String.valueOf(ch) + "的值：");
                    String in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
                    hashMap.put(String.valueOf(ch), Integer.valueOf(in));
                }
            }
        }
        return hashMap;
    }
}