设计模式之解释器模式

解释器模式

解释器模式是一种类行为型模式，它主要是用来解释特定语言的特定文法表示，虽然这个在实际生产中不常用到，但是我们学习一下还是有帮助的。

定义

给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

使用场景

当有一个语言需要解释执行，并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，可使用解释器模式。而当存在以下情况时该模式的效果最好：
1. 该文法简单对于复杂的文法，文法的类层次变得庞大而无法管理。此时语法分析程序生成器这样的工具是更好的选择。它们无需构建抽象语法树即可解释表达式，这样可以节省空间而且还可能节省时间。
2. 效率不是一个关键问题，最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的，而是首先将它们转换成另外一种形式。例如，正则表达式通常被转换成状态机。但即使在这种情况下，转换器仍可用解释器模式实现，该模式仍是有用的。

结构

实现
我们用一个加减乘除的例子来说明一下解释器模式，AbstractExpression接口设计及其实现

public abstract class AbstractExpression {

    public abstract int interpret(Context context);

}

public class TerminalExpression extends AbstractExpression {

    private int i ;

    public TerminalExpression(int a){
        i = a;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {
        return i;
    }

}

public class Add extends AbstractExpression{

    private AbstractExpression left ,right ; 

    public Add(AbstractExpression left, AbstractExpression right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        return left.interpret(context) + right.interpret(context);
    }

}

public class Subtract extends AbstractExpression{

    private AbstractExpression left ,right ; 

    public Subtract(AbstractExpression left, AbstractExpression right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        return left.interpret(context) - right.interpret(context);
    }
}

public class Multiply extends AbstractExpression{

    private AbstractExpression left ,right ; 

    public Multiply(AbstractExpression left, AbstractExpression right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        return left.interpret(context) * right.interpret(context);
    }
}

public class Division extends AbstractExpression{

    private AbstractExpression left ,right ; 

    public Division(AbstractExpression left, AbstractExpression right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        return left.interpret(context)/right.interpret(context);
    }
}

Context的设计与实现

public class Context {


    private Map<Variable, Integer> valueMap = new HashMap<Variable, Integer>();  

    public void addValue(Variable x , int y){  

           Integer yi = new Integer(y);  
           valueMap.put(x , yi);  

    }  

    public int LookupValue(Variable x){  

           int i = ((Integer)valueMap.get(x)).intValue();  
           return i ;  

    }  
}

public class Variable extends AbstractExpression{

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        return context.LookupValue(this);
    }

}

我们来测试一下，计算(a*b)/(a-b+2)

public class Client {

     private static AbstractExpression aex ;  

     private static Context con ;  

    public static void main(String[] args) {
        con = new Context();  
        //设置变量、常量  
        Variable a = new Variable();  
        Variable b = new Variable();  
        TerminalExpression c = new TerminalExpression(2);  

        //为变量赋值  
        con.addValue(a , 5);  
        con.addValue(b , 7);  

        //运算，对句子的结构由我们自己来分析，构造  
        aex = new Division(new Multiply(a , b), new Add(new Subtract(a , b) , c));  
        System.out.println("运算结果为："+ aex.interpret(con));  

    }
}

解释器模式提供了一个简单的方式来执行语法，而且容易修改或者扩展语法。一般系统中很多类使用相似的语法，可以使用一个解释器来代替为每一个规则实现一个解释器。而且在解释器中不同的规则是由不同的类来实现的，这样使得添加一个新的语法规则变得简单。解释器模式用来做各种各样的解释器，如正则表达式等的解释器等等。