4.6 《硬啃设计模式》 第23章 超级表达式解释引擎 - 解释器模式(Interpreter Pattern)

我们要做一个表达式解释引擎，能解释带有变量的任意表达式。例如：
表达式为：123+a * (b-456)/c-789
其中a、b、c为变量，只需要给定a、b、c的值，就可以计算出结果。
该表达式引擎支持四则运算、括号和任意数量的变量，并且我们希望能逐步扩展该引擎，使之可以用上各种函数，如：三角函数、Sqrt等。
你怎样考虑这个设计？

设计分析：
四则运算的运算规则：先括号，然后是乘除、加减，同级情况下从左到右。
例：表达式“123+a * (b-456)/c-789”的运算顺序
     首先计算：(b-456)
     然后：a*(b-456)
     接着：a*(b-456)/c
     再接着：123+a*(b-456)/c
     最后是：123+a*(b-456)/c-789
任何复杂的表达式，都可以分解为最简单的表达式组合。

表达式“123+a * (b-456)/c-789”，由以下三类表达式组合而成：

 

综合上述分析，我们需要对表达式建模，表达式被分解成最简单的部分后必是上述三种情况之一，这三种情况都是可以求解的。
解释器模式的核心思想就是对表达式进行建模，由此构建表达式树。

应用了解释器模式的设计如下：

 

说明：
1.Constant(常数)、Variable(变量)、Add(运算符)分别代表了表达式的三种情况，它们都实现IExpressiong接口。
2.如果需要增加运算符，则实现IExpression接口便可。
3.运算符需要有运算的对象，Add类包含IExpression就是这个意思。
4.常数、变量、运算符都被抽象成IExpression，而运算符又可以包含IExpression，这样就可以组成任意复杂的表达式树了。

程序要通过这样的框架，对表达式建模，建立一个Expresson Tree。
例：表达式“1+2”的建模
代码： new Add(new Constant("1"),new Constant("2"))

利用这套架构，系统可对任意表达式“建模”，并且具备扩展性。
建好模后，只需要在最顶层传入Context，模型采用“递归”算法，调用最底层的Interpret，然后逐层回退，最后到最顶层，则可以求出表达式的值。
说明：Context保存全局信息，并且是递归过程中的存储载体。

解释器模式只是提供了如何对表达式树建模及求值的解决框架，但要最终实现这个解释引擎，还要解决以下问题：
1.如何构建这个Expression Tree？
2.如何设计Context？

解释器模式 类图 ：

 

当需要考虑简单的语法解释时，可考虑用解释器模式。

请看下一文……

 

 

作者：张传波

创新工场创业课堂（敏捷课程）讲师

软件研发管理资深顾问

CMMI首席专家

《火球——UML大战需求分析》作者

www.umlonline.org创办人