自定义语言的实现——解释器模式（四）

18.4 完整解决方案

为了能够解释机器人控制指令，Sunny软件公司开发人员使用解释器模式来设计和实现机器人控制程序。针对五条文法规则，分别提供五个类来实现，其中终结符表达式direction、action和distance对应DirectionNode类、ActionNode类和DistanceNode类，非终结符表达式expression和composite对应SentenceNode类和AndNode类。

我们可以通过抽象语法树来表示具体解释过程，例如机器人控制指令“down run 10 and left move 20”对应的抽象语法树如图18-4所示：

图18-4 机器人控制程序抽象语法树实例

机器人控制程序实例基本结构如图18-5所示：

图18-5 机器人控制程序结构图

在图18-5中，AbstractNode充当抽象表达式角色，DirectionNode、ActionNode和DistanceNode充当终结符表达式角色，AndNode和SentenceNode充当非终结符表达式角色。完整代码如下所示：

//注：本实例对机器人控制指令的输出结果进行模拟，将英文指令翻译为中文指令，实际情况是调用不同的控制程序进行机器人的控制，包括对移动方向、方式和距离的控制等
import java.util.*;

//抽象表达式
abstract class AbstractNode {
	public abstract String interpret();
}

//And解释：非终结符表达式
class AndNode extends AbstractNode {
	private AbstractNode left; //And的左表达式
	private AbstractNode right; //And的右表达式

	public AndNode(AbstractNode left, AbstractNode right) {
		this.left = left;
		this.right = right;
	}
    
    //And表达式解释操作
	public String interpret() {
		return left.interpret() + "再" + right.interpret();
	}
}

//简单句子解释：非终结符表达式
class SentenceNode extends AbstractNode {
	private AbstractNode direction;
	private AbstractNode action;
	private AbstractNode distance;

	public SentenceNode(AbstractNode direction,AbstractNode action,AbstractNode distance) {
		this.direction = direction;
		this.action = action;
		this.distance = distance;
	}
    
    //简单句子的解释操作
	public String interpret() {
		return direction.interpret() + action.interpret() + distance.interpret();
	}	
}

//方向解释：终结符表达式
class DirectionNode extends AbstractNode {
	private String direction;
	
	public DirectionNode(String direction) {
		this.direction = direction;
	}
	
    //方向表达式的解释操作
	public String interpret() {
		if (direction.equalsIgnoreCase("up")) {
			return "向上";
		}
		else if (direction.equalsIgnoreCase("down")) {
			return "向下";
		}
		else if (direction.equalsIgnoreCase("left")) {
			return "向左";
		}
		else if (direction.equalsIgnoreCase("right")) {
			return "向右";
		}
		else {
			return "无效指令";
		}
	}
}

//动作解释：终结符表达式
class ActionNode extends AbstractNode {
	private String action;
	
	public ActionNode(String action) {
		this.action = action;
	}
	
    //动作（移动方式）表达式的解释操作
	public String interpret() {
		if (action.equalsIgnoreCase("move")) {
			return "移动";
		}
		else if (action.equalsIgnoreCase("run")) {
			return "快速移动";
		}
		else {
			return "无效指令";
		}
	}
}

//距离解释：终结符表达式
class DistanceNode extends AbstractNode {
	private String distance;
	
	public DistanceNode(String distance) {
		this.distance = distance;
	}
	
//距离表达式的解释操作
	public String interpret() {
		return this.distance;
	}	
}

//指令处理类：工具类
class InstructionHandler {
	private String instruction;
	private AbstractNode node;
    
    public void handle(String instruction) {
    	AbstractNode left = null, right = null;
    	AbstractNode direction = null, action = null, distance = null;
    	Stack stack = new Stack(); //声明一个栈对象用于存储抽象语法树
    	String[] words = instruction.split(" "); //以空格分隔指令字符串
    	for (int i = 0; i < words.length; i++) {
//本实例采用栈的方式来处理指令，如果遇到“and”，则将其后的三个单词作为三个终结符表达式连成一个简单句子SentenceNode作为“and”的右表达式，而将从栈顶弹出的表达式作为“and”的左表达式，最后将新的“and”表达式压入栈中。    		        if (words[i].equalsIgnoreCase("and")) {
    			left = (AbstractNode)stack.pop(); //弹出栈顶表达式作为左表达式
    		    String word1= words[++i];
    		    direction = new DirectionNode(word1);
    		    String word2 = words[++i];
    		    action = new ActionNode(word2);
    		    String word3 = words[++i];
    		    distance = new DistanceNode(word3);
    		    right = new SentenceNode(direction,action,distance); //右表达式
    			stack.push(new AndNode(left,right)); //将新表达式压入栈中
    		}
            //如果是从头开始进行解释，则将前三个单词组成一个简单句子SentenceNode并将该句子压入栈中
    		else {
    		    String word1 = words[i];
    		    direction = new DirectionNode(word1);
    		    String word2 = words[++i];
    		    action = new ActionNode(word2);
    		    String word3 = words[++i];
    		    distance = new DistanceNode(word3);
    		    left = new SentenceNode(direction,action,distance);
    		    stack.push(left); //将新表达式压入栈中
    		}
    	}
    	this.node = (AbstractNode)stack.pop(); //将全部表达式从栈中弹出
    }
	
	public String output() {
		String result = node.interpret(); //解释表达式
		return result;
	}
}

工具类InstructionHandler用于对输入指令进行处理，将输入指令分割为字符串数组，将第1个、第2个和第3个单词组合成一个句子，并存入栈中；如果发现有单词“and”，则将“and”后的第1个、第2个和第3个单词组合成一个新的句子作为“and”的右表达式，并从栈中取出原先所存句子作为左表达式，然后组合成一个And节点存入栈中。依此类推，直到整个指令解析结束。

编写如下客户端测试代码：

class Client {
	public static void main(String args[]) {
		String instruction = "up move 5 and down run 10 and left move 5";
		InstructionHandler handler = new InstructionHandler();
		handler.handle(instruction);
		String outString;
		outString = handler.output();
		System.out.println(outString);
	}
}

编译并运行程序，输出结果如下：

向上移动5再向下快速移动10再向左移动5

【作者：刘伟 http://blog.csdn.net/lovelion】