解释器模式

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。

意图 给定一个语言,定义它的文法表示,并定义一个解释器,这个解释器使用该标识来解释语言中的句子。

主要解决 对于一些固定文法构建一个解释句子的解释器。

何时使用 如果一种特定类型的问题发生的频率足够高,那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器,该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

如何解决 构件语法树,定义终结符与非终结符。

关键代码 构件环境类,包含解释器之外的一些全局信息,一般是 HashMap。

解释器模式相关UML图

类图

可以看出右侧的协作图(object collaboration diagram)展现出运行时的解释器模式。Client向右侧抽象语法树发送解释请求,请求被转发并向下到树结构的所有对象。

解释器模式的主要角色

抽象解释器(AbstractExpression/Expression):声明一个所有具体表达式都要实现的抽象接口(或者抽象类),接口中主要是一个interpret()方法,称为解释操作。具体解释任务由它的各个实现类来完成,具体的解释器分别由终结符解释器TerminalExpression和非终结符解释器NonterminalExpression完成。

终结符表达式(TerminalExpression):实现与文法中的元素相关联的解释操作,通常一个解释器模式中只有一个终结符表达式,但有多个实例,对应不同的终结符。终结符一半是文法中的运算单元,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。

非终结符表达式(NonterminalExpression):文法中的每条规则对应于一个非终结符表达式,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。非终结符表达式根据逻辑的复杂程度而增加,原则上每个文法规则都对应一个非终结符表达式。

环境角色(Context):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。

干货代码

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简单的一个解释器计算加减乘除算法,环境上下文没有用好,其实计算规则更多的是人为设定的了。

本次的抽象接收器用的是抽象类,用接口代替也可以。

//抽象解释器
public abstract class AbstractExpression { public abstract int interpreter(Context context);
} //非终结表达式:加法
@Data
@AllArgsConstructor
public class Add extends AbstractExpression { private final AbstractExpression left; private final AbstractExpression right; @Override
public int interpreter(Context context) {
return left.interpreter(context) + right.interpreter(context);
}
} //非终结表达式:减法
@Data
@AllArgsConstructor
public class Subtract extends AbstractExpression { private final AbstractExpression left; private final AbstractExpression right; @Override
public int interpreter(Context context) {
return left.interpreter(context) - right.interpreter(context);
}
} //非终结表达式:乘法
@Data
@AllArgsConstructor
public class Multiply extends AbstractExpression { private final AbstractExpression left; private final AbstractExpression right; @Override
public int interpreter(Context context) {
return left.interpreter(context) * right.interpreter(context);
}
} //非终结表达式:除法
@Data
@AllArgsConstructor
public class Division extends AbstractExpression { private final AbstractExpression left; private final AbstractExpression right; @Override
public int interpreter(Context context) {
int right = this.right.interpreter(context);
if (right != 0) {
return left.interpreter(context) / right;
} return -1;
}
} //终结表达式:变量
@Data
@AllArgsConstructor
public class Variable extends AbstractExpression { private final String key; @Override
public int interpreter(Context context) {
return context.getValue(key);
}
} //环境上下文
@Getter
public class Context { private final Map<String, Integer> valueMap = Maps.newHashMap(); public void addValue(final String key, final int value) {
valueMap.put(key, Integer.valueOf(value));
} public int getValue(final String key) {
return valueMap.get(key).intValue();
}
} //
public class Application { public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
context.addValue("a", 6);
context.addValue("b", 9);
context.addValue("c", 1); Variable a = new Variable("a");
Variable b = new Variable("b");
Variable c = new Variable("c"); AbstractExpression multiplyValue = new Multiply(a, b);
AbstractExpression subtractValue = new Subtract(a, b);
AbstractExpression addValue = new Add(subtractValue, c);
AbstractExpression divisionValue = new Division(multiplyValue, addValue); log.info("{}", context.getValueMap());
log.info("(a*b)/(a-b+c) = {}", divisionValue.interpreter(context));
}
}

结果如下:

Java中的应用

java中的表达式引擎

parsii

JEval

JEPLite

expr

Janino

MathEval

Java表达式引擎fel/groovy/expression4j/java脚本引擎的性能对比

JDK中的应用

这个模式通常定义了一个语言的语法,然后解析相应语法的语句。

java.util.Pattern

java.text.Normalizer

java.text.Format

参考

解释器模式|菜鸟教程

Interpreter pattern

细数JDK里的设计模式

23种设计模式(14):解释器模式

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