二十三、解释器模式——设计模式学习笔记

作为一个编程菜鸟，过去在学习设计模式的时候，老师给推荐了一本《大话设计模式》。阅读以后受益匪浅，可惜当初没有坚持看完。
最近有时间了，又重新捡起来学习了一遍，整理了一下笔记，由于本人能力有限，欢迎大家批评指正。

1.解释器模式 Interpreter Pattern

• 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
• 解释器模式属于行为模式，提供了评估语言的语法或表达式的方法，实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。被用在SQL解析、符号处理引擎等。
• 解释器模式需要解决的是，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势力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。
• 通常当有一个语言需要解释执行，并且你可以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。
• 可利用场景比较少，JAVA中如果碰到可以用expression4J代替。

2.unl类图

3.组成

（1）AbstractExpress

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。

（2）TerminalExpress

终结符表达式，实现与文法中的终结符相关联的解释操作。实现抽象表达式中所要求的接口，主要是一个interpret()方法。文法中每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。

（3）NonterminalExpress

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。通过实现抽象表达式的interpret()方法实现解释操作。解释操作以递归方式调用上面所提到的代表R1、R2……Rn中各个符号的实例变量。

（4）Context

包含解释器之外的一些全局信息

（5）Client

客户端代码，构建表示该文法定义的语言中一个特定的句子抽象语法树。调用解释操作。

4.优缺点

• 容易地改变和扩展文法，因为该模式使用类来表示文法规则，你可以使用继承来改变或扩展该文法。也比容易实现文法，因为定义抽象语法树中各个节点的类的实现大体类似，这些类都易于直接编写。
  
  • 可扩展性好、灵活；增加了新的解释表达式的方法；易于实现简单文法
• 解释器的不足之处在于，为文法中的每一条规则至少定义了一个类，因此包含许多规则的文法可能难以管理和维护。建议当文法非常复杂时，使用其他的技术如语法分析程序或编译器生成器来处理。
  
  • 可利用场景较少；对复杂文法较难维护；会引起类膨胀；采用递归调用方法

5.实例

（1）需求

定义一套规则，O表示音阶“O 1”表示低音阶，O表示音阶“O 2”表示中音阶，O表示音阶“O 3”表示高音阶；P表示休止符，”C D E F G A B “表示”Do-Re-Mi-So-La-Ti“；音符长度1表示一拍，2表示二拍，0.5表示半拍，0.25表示四分之一拍，以此类推。编写音乐程序。

（2）uml类图

（3）代码

a.演奏内容类

package com.longinus.ip;
public class PlayContext {
    private String text;
    public String getText() {
        return text;
    }
    public void setText(String text) {
        this.text = text;
    }
}

b.表达式类

package com.longinus.ip;
public abstract class Expression {
    public void interpret(PlayContext context) {
        if (context == null && context != null || context.getText().length() == 0) {
            return;
        } else {
            String playKey = context.getText().substring(0,1);
            context.setText(context.getText().substring(2));
            double playValue = Double.parseDouble(context.getText().substring(0,context.getText().indexOf(" ")));
            context.setText(context.getText().substring(context.getText().indexOf(" ") + 1));

            excute(playKey,playValue);
        }        
    }
    public abstract void excute(String playKey, double playValue);
}

c.音符类

package com.longinus.ip;
public class Note extends Expression {
    @Override
    public void excute(String playKey, double playValue) {
        String note = "";
        switch (playKey) {
        case "C":
            note = "1 ";
            break;
        case "D":
            note = "2 ";
            break;
        case "E":
            note = "3 ";
            break;
        case "F":
            note = "4 ";
            break;
        case "G":
            note = "5 ";
            break;
        case "A":
            note = "6 ";
            break;
        case "B":
            note = "7 ";
            break;
        default:
            break;
        }

        System.out.print(note);
    }
}

d.音阶类

package com.longinus.ip;
public class Scale extends Expression {
    @Override
    public void excute(String playKey, double playValue) {
        String scale = "";
        switch ((int)playValue) {
        case 1:
            scale = "低音 ";
            break;
        case 2:
            scale = "中音 ";
            break;
        case 3:
            scale = "高音 ";
            break;
        }
        System.out.print(scale);
    }
}

e.音速类

package com.longinus.ip;
public class Speed extends Expression {
    @Override
    public void excute(String playKey, double playValue) {
        String speed = "";

        if (playValue < 500) {
            speed = "快速 ";
        } else if (playValue >= 1000) {
            speed = "慢速 ";
        } else {
            speed ="中速 ";
        }

        System.out.print(speed);
    }
}

f.客户端

package com.longinus.ip;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        PlayContext context = new PlayContext();

        System.out.println("上海滩");
        context.setText("T 500 O 2 E 0.5 G 0.5 A 3 E 0.5 G 0.5 D 3 E 0.5 G 0.5 A 0.5 O 3 C 1 O 2 A 0.5 G 1 C 0.5 E 0.5 D 3 ");
        Expression expression = null;

        while (context.getText().length() > 0) {
            switch (context.getText().charAt(0) + "") {
            case "O":
                expression = new Scale();
                break;
            case "T":
                expression = new Speed();
                break;
            case "C":
            case "D":
            case "E":
            case "F":
            case "G":
            case "A":
            case "B":
                expression = new Note();
                break;
            }

            expression.interpret(context);
        }
    }
}

g.输出结果

上海滩
中速 中音 3 5 6 3 5 2 3 5 6 高音 1 中音 6 5 1 3 2