解释器模式

四则运算问题

计算a+b-c

 要求：

  先输入表达式的形式，eg：a+b+c-d+e，并且字母不可重复

  分别输入 a,b,c,d,e

  计算出结果

 

传统方案

 编写方法，来接受根据数据输入的数值进行解析，得出结果

​

>问题分析：

 如果加入新的运算符，比如 * /。 则不利于扩展，另外让一个方法来解析会造成程序结构混乱

 

解释器模式

 1.在编译原理中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 。这里的词法分析器和语法分析器都可以看做是解释器

 2.解释器模式（ Interpreter Pattern ）：是指给 定一个语言表达式定义它的文法的一种表示，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

 

结构图

 1.环境角色(Context):是含有解释器之外的全局信息

 2.抽象表达式(AbstractExpression): 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.终结符表达式(TerminalExpression): 实现与文法中的终结符相关的解释操作

 4.非终结符表达式(NonTermialExpression):文 法中的非终结符实现解释操作

 5.Client :输入 Context 和 TerminalExpression 信息通过输入即可

 

应用场景

 1.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

 2.一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
  【编译器 、 运算表达式计算、正则表达式 、 机器人等】

 

优缺点

 优点：

  ✔️ 程序具有良好的扩展性

 缺点：

  ❌解释器模式会引起类膨胀

  ❌ 解释器模式采用递归调用方法，将会导致调试非常复杂、效率可能降低

 

解决四则运算问题

代码

//抽象类表达式
public abstract class Expression {
    //通过HashMap键值对，可以获取变量的值 HashMap = {a:10,b:20}
    public abstract int interpreter(HashMap<String,Integer> var);
}

//变量解释器
public class VarExpression extends Expression {
    private String key; //key：用户输入的符号 a,b,c...

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

    //根据变量名获取对应值
    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return var.get(this.key);
    }
}

// 抽象运算符解析器
public class SymbolExpression extends Expression{
    protected Expression left;  //左边部分
    protected Expression right; //右边部分

    public SymbolExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    //此处由子类实现，于是赋予空实现
    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return 0;
    }
}

//加法解释器
public class AddExpression extends SymbolExpression{

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

    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        //super.left.interpreter(var)  返回left表达式对应的值
        //super.right.interpreter(var)  返回right表达式对应的值
        return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var);
    }
}

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

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

    //求left 与 right 表达式 相减的结果
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
    }
}

public class Calculator {

    //定义表达式
    private Expression expression;

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

        Expression left = null;
        Expression right = null;

        //遍历字符数组，即[a,+,b,+,c...]
        for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
            //针对不同情况做处理
            switch (chars[i]){
                case '+':
                    left = stack.pop(); //a
                    right = new VarExpression(String.valueOf(chars[++i]));//取出右边表达式 b
                    stack.push(new AddExpression(left,right)); //根据left和right 构建 加法解析器放入stack
                    break;
                case '-':
                    left = stack.pop(); //a
                    right = new VarExpression(String.valueOf(chars[++i]));//取出右边表达式 b
                    stack.push(new SubExpression(left,right)); //根据left和right 构建 减法解析器放入stack
                    break;
                default:
                    //如果是Var，则创建给VarExpression对象，并push到stack中
                    stack.push(new VarExpression(String.valueOf(chars[i])));
            }
        }
        //
        this.expression = stack.pop();
    }

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

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String expStr = getExpStr();
        HashMap<String,Integer> var = getValue(expStr);
        Calculator calculator = new Calculator(expStr);
        System.out.println("运算结果："+expStr+"="+calculator.run(var));
    }

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

    //获取值映射
    public static HashMap<String,Integer> getValue(String expStr) throws Exception{
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();

        for (char ch : expStr.toCharArray()) {
            if ( ch != '+' && ch != '-'){
                if (! map.containsKey(String.valueOf(ch))){
                    System.out.println("请输入"+String.valueOf(ch)+"的值：");
                    String in = (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();
                    map.put(String.valueOf(ch),Integer.valueOf(in));
                }
            }
        }

        return map;
    }
}