深入理解23种设计模式(19) --解释器模式

介绍

  1. 在编译原理中,一个算数表达式通过词法分析器形成词法单元,而后这些词法单元又通过语法解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做为解析器
  2. 解析器模式(Interpreter Pattern): 是指给定一个语言(表达式),定义它的一种文法的一种表示,并定义一个解释器,使用该解析器来解析语言中的句子(表达式)

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  • Context : 是环境角色,包含解释器之外的一些全局信息。
  • AbstractExpression : 为抽象表达式,声明一个抽象的解释操作,这个接口为抽象语法树中所有的节点所共享。
  • TerminalExression : 为终结符表达式,实现与文法中的终结符相关联的解释操作。
  • NonterminalExpression : 为非终结符表达式,为文法中的非终结符实现解释操作,对文法中每一条规则R1、R2……Rn都需要一个具体的非终结符表达式类。

案例

四则运算问题:

  1. 先输入表达式的形式,比如 a + b + c + d 要求表达式的值不能重复
  2. 分别输入 a 、b、c、d 的值
  3. 求结果

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创建 Calculator 类

public class Calculator {


    //定义表达式
    private Expression expression;

    //构造函数传参,并解析
    public Calculator(String expStr) {
        //安排运算先后顺序
        Stack<Expression> stack = new Stack<>();
        //表达式拆分为字符数组
        char[] charArray = expStr.toCharArray();

        Expression left = null;
        Expression right = null;
        for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
            switch (charArray[i]) {
                case '+':
                    left = stack.pop();
                    right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
                    stack.push(new AddExpression(left, right));
                    break;
                case '-':
                    left = stack.pop();
                    right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
                    stack.push(new SubExpression(left, right));
                    break;
                default:    //公式中的变量
                    stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
                    break;
            }
        }
        this.expression = stack.pop();
    }

    //计算
    public int run(HashMap<String, Integer> var) {
        return this.expression.interpreter(var);
    }
}

创建表达式 Expression 类

public abstract class Expression {

    /**
     * 解析公式和数值
     * @param var
     * @return
     */
    public abstract int interpreter(HashMap<String, Integer> var);
}


创建参数表达式 VarExpression 类继承 Expression表达式


```java
public class VarExpression extends Expression{

    private String key;

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

    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return var.get(key);
    }
}

创建条件表达式 SymbolExpression 类继承 Expression表达式

public class SymbolExpression extends Expression{

    protected Expression left;
    protected Expression right;

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

    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return 0;
    }
}

创建减法表达式SubExpression 类继承 SymbolExpression表达式

public class SubExpression extends SymbolExpression{

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


    @Override
    public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
        return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
    }
}

创建加法表达式SubExpression 类继承 SymbolExpression表达式

public class AddExpression extends SymbolExpression{


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


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

客户端

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        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));
    }

    //获得表达式
    public static String getExpStr() throws IOException {
        System.out.print("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> map = new HashMap<>();

        for (char ch : expStr.toCharArray()) {
            if (ch != '+' && ch != '-') {
                if (!map.containsKey(String.valueOf(ch))) {
                    System.out.print("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;
    }
}

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优点和缺点

优点:

1)可扩展性好

缺点:

 1)解释器模式会引起类膨胀
 1)解释器模式采用递归调用方法,将会导致调试非常复杂
 1)使用了大量的循环和递归,效率是一个不容忽视的问题

适用场景:

 1) 一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来表达。
 2) 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


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end
  • 作者:yxl(联系作者)
  • 发表时间:2021-02-24 17:17
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