java 表达式解释器_《Java设计模式》之解释器模式

解释器模式是类的行为模式。给定一个语言之后，解释器模式能够定义出其文法的一种表示，并同一时候提供一个解释器。

client能够使用这个解释器来解释这个语言中的句子。

解释器模式的结构

以下就以一个示意性的系统为例，讨论解释器模式的结构。系统的结构图例如以下所看到的：

模式所涉及的角色例如以下所看到的：

(1)抽象表达式(Expression)角色：声明一个全部的详细表达式角色都须要实现的抽象接口。这个接口主要是一个interpret()方法，称做解释操作。

(2)终结符表达式(Terminal Expression)角色：实现了抽象表达式角色所要求的接口，主要是一个interpret()方法；文法中的每个终结符都有一个详细终结表达式与之相相应。比方有一个简单的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是终结符。相应的解析R1和R2的解释器就是终结符表达式。

(3)非终结符表达式(Nonterminal Expression)角色：文法中的每一条规则都须要一个详细的非终结符表达式。非终结符表达式通常是文法中的运算符或者其它keyword，比方公式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。

(4)环境(Context)角色：这个角色的任务通常是用来存放文法中各个终结符所相应的详细值，比方R=R1+R2。我们给R1赋值100。给R2赋值200。

这些信息须要存放到环境角色中，非常多情况下我们使用Map来充当环境角色就足够了。

为了说明解释器模式的实现办法，这里给出一个最简单的文法和相应的解释器模式的实现，这就是模拟Java语言中对布尔表达式进行操作和求值。

在这个语言中终结符是布尔变量。也就是常量true和false。

非终结符表达式包括运算符and，or和not等布尔表达式。

这个简单的文法例如以下：

Expression    ::= Constant | Variable | Or | And | Not

And 　　　　::= Expression 'AND' Expression

Or　　　　　::= Expression 'OR' Expression

Not　　　　   ::= 'NOT' Expression

Variable　　 ::= 不论什么标识符

Constant         ::= 'true' | 'false'

解释器模式的结构图例如以下所看到的：

源码

抽象表达式角色

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:08:58

*

* @类说明 ：抽象表达式角色

*/

publicabstractclassExpression {

/**

* 以环境为准，本方法解释给定的不论什么一个表达式

*/

publicabstractbooleaninterpret(Context ctx);

/**

* 检验两个表达式在结构上是否同样

*/

publicabstractbooleanequals(Object obj);

/**

* 返回表达式的hash code

*/

publicabstractinthashCode();

/**

* 将表达式转换成字符串

*/

publicabstractString toString();

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:08:58

*

* @类说明 ：抽象表达式角色

*/

public abstract class Expression {

/**

* 以环境为准，本方法解释给定的不论什么一个表达式

*/

public abstract boolean interpret(Context ctx);

/**

* 检验两个表达式在结构上是否同样

*/

public abstract boolean equals(Object obj);

/**

* 返回表达式的hash code

*/

public abstract int hashCode();

/**

* 将表达式转换成字符串

*/

public abstract String toString();

}

一个Constant对象代表一个布尔常量

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:09:35

*

* @类说明 ：一个Constant对象代表一个布尔常量

*/

publicclassConstantextendsExpression {

privatebooleanvalue;

publicConstant(booleanvalue) {

this.value = value;

}

@Override

publicbooleanequals(Object obj) {

if(obj !=null&& objinstanceofConstant) {

returnthis.value == ((Constant) obj).value;

}

returnfalse;

}

@Override

publicinthashCode() {

returnthis.toString().hashCode();

}

@Override

publicbooleaninterpret(Context ctx) {

returnvalue;

}

@Override

publicString toString() {

returnnewBoolean(value).toString();

}

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:09:35

*

* @类说明 ：一个Constant对象代表一个布尔常量

*/

public class Constant extends Expression {

private boolean value;

public Constant(boolean value) {

this.value = value;

}

@Override

public boolean equals(Object obj) {

if (obj != null && obj instanceof Constant) {

return this.value == ((Constant) obj).value;

}

return false;

}

@Override

public int hashCode() {

return this.toString().hashCode();

}

@Override

public boolean interpret(Context ctx) {

return value;

}

@Override

public String toString() {

return new Boolean(value).toString();

}

}

一个Variable对象代表一个有名变量

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:10:16

*

* @类说明 ：一个Variable对象代表一个有名变量

*/

publicclassVariableextendsExpression {

privateString name;

publicVariable(String name) {

this.name = name;

}

@Override

publicbooleanequals(Object obj) {

if(obj !=null&& objinstanceofVariable) {

returnthis.name.equals(((Variable) obj).name);

}

returnfalse;

}

@Override

publicinthashCode() {

returnthis.toString().hashCode();

}

@Override

publicString toString() {

returnname;

}

@Override

publicbooleaninterpret(Context ctx) {

returnctx.lookup(this);

}

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:10:16

*

* @类说明 ：一个Variable对象代表一个有名变量

*/

public class Variable extends Expression {

private String name;

public Variable(String name) {

this.name = name;

}

@Override

public boolean equals(Object obj) {

if (obj != null && obj instanceof Variable) {

return this.name.equals(((Variable) obj).name);

}

return false;

}

@Override

public int hashCode() {

return this.toString().hashCode();

}

@Override

public String toString() {

return name;

}

@Override

public boolean interpret(Context ctx) {

return ctx.lookup(this);

}

}

代表逻辑“与”操作的And类，表示由两个布尔表达式通过逻辑“与”操作给出一个新的布尔表达式的操作

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:10:55

*

* @类说明 ：代表逻辑“与”操作的And类，表示由两个布尔表达式通过逻辑“与”操作给出一个新的布尔表达式的操作

*/

publicclassAndextendsExpression {

privateExpression left, right;

publicAnd(Expression left, Expression right) {

this.left = left;

this.right = right;

}

@Override

publicbooleanequals(Object obj) {

if(obj !=null&& objinstanceofAnd) {

returnleft.equals(((And) obj).left) && right.equals(((And) obj).right);

}

returnfalse;

}

@Override

publicinthashCode() {

returnthis.toString().hashCode();

}

@Override

publicbooleaninterpret(Context ctx) {

returnleft.interpret(ctx) && right.interpret(ctx);

}

@Override

publicString toString() {

return"("+ left.toString() +" AND "+ right.toString() +")";

}

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:10:55

*

* @类说明 ：代表逻辑“与”操作的And类，表示由两个布尔表达式通过逻辑“与”操作给出一个新的布尔表达式的操作

*/

public class And extends Expression {

private Expression left, right;

public And(Expression left, Expression right) {

this.left = left;

this.right = right;

}

@Override

public boolean equals(Object obj) {

if (obj != null && obj instanceof And) {

return left.equals(((And) obj).left) && right.equals(((And) obj).right);

}

return false;

}

@Override

public int hashCode() {

return this.toString().hashCode();

}

@Override

public boolean interpret(Context ctx) {

return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx);

}

@Override

public String toString() {

return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")";

}

}

代表逻辑“或”操作的Or类。代表由两个布尔表达式通过逻辑“或”操作给出一个新的布尔表达式的操作

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:11:20

*

* @类说明 ：代表逻辑“或”操作的Or类，代表由两个布尔表达式通过逻辑“或”操作给出一个新的布尔表达式的操作

*/

publicclassOrextendsExpression {

privateExpression left, right;

publicOr(Expression left, Expression right) {

this.left = left;

this.right = right;

}

@Override

publicbooleanequals(Object obj) {

if(obj !=null&& objinstanceofOr) {

returnthis.left.equals(((Or) obj).left) &&this.right.equals(((Or) obj).right);

}

returnfalse;

}

@Override

publicinthashCode() {

returnthis.toString().hashCode();

}

@Override

publicbooleaninterpret(Context ctx) {

returnleft.interpret(ctx) || right.interpret(ctx);

}

@Override

publicString toString() {

return"("+ left.toString() +" OR "+ right.toString() +")";

}

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:11:20

*

* @类说明 ：代表逻辑“或”操作的Or类，代表由两个布尔表达式通过逻辑“或”操作给出一个新的布尔表达式的操作

*/

public class Or extends Expression {

private Expression left, right;

public Or(Expression left, Expression right) {

this.left = left;

this.right = right;

}

@Override

public boolean equals(Object obj) {

if (obj != null && obj instanceof Or) {

return this.left.equals(((Or) obj).left) && this.right.equals(((Or) obj).right);

}

return false;

}

@Override

public int hashCode() {

return this.toString().hashCode();

}

@Override

public boolean interpret(Context ctx) {

return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx);

}

@Override

public String toString() {

return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")";

}

}

代表逻辑“非”操作的Not类。代表由一个布尔表达式通过逻辑“非”操作给出一个新的布尔表达式的操作

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:11:36

*

* @类说明 ：代表逻辑“非”操作的Not类，代表由一个布尔表达式通过逻辑“非”操作给出一个新的布尔表达式的操作

*/

publicclassNotextendsExpression {

privateExpression exp;

publicNot(Expression exp) {

this.exp = exp;

}

@Override

publicbooleanequals(Object obj) {

if(obj !=null&& objinstanceofNot) {

returnexp.equals(((Not) obj).exp);

}

returnfalse;

}

@Override

publicinthashCode() {

returnthis.toString().hashCode();

}

@Override

publicbooleaninterpret(Context ctx) {

return!exp.interpret(ctx);

}

@Override

publicString toString() {

return"(Not "+ exp.toString() +")";

}

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:11:36

*

* @类说明 ：代表逻辑“非”操作的Not类，代表由一个布尔表达式通过逻辑“非”操作给出一个新的布尔表达式的操作

*/

public class Not extends Expression {

private Expression exp;

public Not(Expression exp) {

this.exp = exp;

}

@Override

public boolean equals(Object obj) {

if (obj != null && obj instanceof Not) {

return exp.equals(((Not) obj).exp);

}

return false;

}

@Override

public int hashCode() {

return this.toString().hashCode();

}

@Override

public boolean interpret(Context ctx) {

return !exp.interpret(ctx);

}

@Override

public String toString() {

return "(Not " + exp.toString() + ")";

}

}

环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射

packagecom.bankht.Interpreter;

importjava.util.HashMap;

importjava.util.Map;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:11:54

*

* @类说明 ：环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射

*/

publicclassContext {

privateMap map =newHashMap();

publicvoidassign(Variable var,booleanvalue) {

map.put(var, newBoolean(value));

}

publicbooleanlookup(Variable var)throwsIllegalArgumentException {

Boolean value = map.get(var);

if(value ==null) {

thrownewIllegalArgumentException();

}

returnvalue.booleanValue();

}

}

package com.bankht.Interpreter;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:11:54

*

* @类说明 ：环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射

*/

public class Context {

private Map map = new HashMap();

public void assign(Variable var, boolean value) {

map.put(var, new Boolean(value));

}

public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException {

Boolean value = map.get(var);

if (value == null) {

throw new IllegalArgumentException();

}

return value.booleanValue();

}

}

client类

packagecom.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:12:17

*

* @类说明 ：client类

*/

publicclassClient {

publicstaticvoidmain(String[] args) {

Context ctx = newContext();

Variable x = newVariable("x");

Variable y = newVariable("y");

Constant c = newConstant(true);

ctx.assign(x, false);

ctx.assign(y, true);

Expression exp = newOr(newAnd(c, x),newAnd(y,newNot(x)));

System.out.println("x="+ x.interpret(ctx));

System.out.println("y="+ y.interpret(ctx));

System.out.println(exp.toString() + "="+ exp.interpret(ctx));

}

}

package com.bankht.Interpreter;

/**

* @author: 特种兵—AK47

* @创建时间：2012-7-3 下午03:12:17

*

* @类说明 ：client类

*/

public class Client {

public static void main(String[] args) {

Context ctx = new Context();

Variable x = new Variable("x");

Variable y = new Variable("y");

Constant c = new Constant(true);

ctx.assign(x, false);

ctx.assign(y, true);

Expression exp = new Or(new And(c, x), new And(y, new Not(x)));

System.out.println("x=" + x.interpret(ctx));

System.out.println("y=" + y.interpret(ctx));

System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));

}

}

执行结果例如以下：

x=false

y=true

((true AND x) OR (y AND (Not x)))=true

四、优缺点

解释器模式提供了一个简单的方式来运行语法，并且easy改动或者扩展语法。

一般系统中非常多类使用相似的语法，能够使用一个解释器来取代为每个规则实现一个解释器。并且在解释器中不同的规则是由不同的类来实现的，这样使得加入一个新的语法规则变得简单。

可是解释器模式对于复杂文法难以维护。能够想象一下。每个规则要相应一个处理类，并且这些类还要递归调用抽象表达式角色，多如乱麻的类交织在一起是多么恐怖的一件事啊。

五、总结

这样对解释器模式应该有了些大体的认识了吧。因为这个模式使用的案例匮乏。所以本文大部分观点直接来自于GOF的原著。仅仅是实例代码是亲自实现并调试通过的。

本文借鉴：

x=false

y=true

((true AND x) OR (y AND (Not x)))=true