二十三种设计模式(第二十种)-----解释器模式(Interpreter)

二十三种设计模式(第二十种)-----解释器模式(Interpreter)

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1. 在编译原理中，一个算术表达式通过词法分析器形成词法单元，而后这些词法单元再通过语法分析器构建语法分析树，最终形成一颗抽象的语法分析树。这里的词法分析器和语法分析器都可以看做是解释器
2. 解析器模式：是指给定一个语言(表达式)，定义它的文法的一种表示，并定义一个解析器，使用该解析器来解析语言中的句子(表达式)
3. 应用场景
   • 应用可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树
   • 一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来表达
   • 一个简单语法需要解释的场景
4. 这样的例子还有，比如编译器、运算表达式计算、正则表达式、机器人等

类图

1. Context：是环境角色，含有解释器之外的全局信息。
2. AbstractExpression：抽象表达式，声明一个抽象的解释操作，这个方法为抽象语法树中所有的节点所共享
3. TerminalExpression：为终结符表达式，实现与文法中的终结符相关的解释操作
4. NonTerminalExpression：为非终结表达式，为文法中的非终结符实现解释操作
5. 说明：输入Context 和 TerminalExpression信息通过Client输入即可

需求

需求类图

代码

1.抽象类表达式

/*
 * 抽象类表达式，通过HashMap 键值对，可以获取到变量的值
 */
public abstract class Expression {

    //解释公式和数值，key就是公式(表达式) 参数[a,b,c],value就是具体值
    //HashMap{a=10,b=20}
    public abstract int interpreter(HashMap var);
}

2.变量解析器

public class VarExpression extends Expression {

    private String key; //key=a,key=b,key=c

    public VarExpression(String key) {
        this.key = key;
    }

    //interpreter根据变量名称，返回对应值
    @Override
    public int interpreter(HashMap var) {
        return var.get(this.key);
    }
}

3.符号表达式

/*
 * 抽象运算符合解释器 这里，每个运算符号，都只和自己左右两个数字有关系
 * 但左右两个数字也有可能是一个解析的结果，无论何种类型，都是Expression类型的实现类
 */
public class SymbolExpression extends Expression {

    protected Expression left;
    protected Expression right;

    public SymbolExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    //因为SymbolExpression是让其子类来实现，因此interpreter是一个默认实现
    @Override
    public int interpreter(HashMap var) {
        return 0;
    }
}

4.加法解析器

public class AddExpression extends SymbolExpression {

    public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        super(left, right);
    }

    //处理相加
    @Override
    public int interpreter(HashMap var) {
        //super.left.interpreter(var) 返回left表达式对应的值 a=10
        //super.right.interpreter(var) 返回right表达式对应的值 b=20
        return super.left.interpreter(var)+super.right.interpreter(var);
    }
}

5.减法解析器

public class SubExpression extends SymbolExpression {

    public SubExpression(Expression left, Expression right) {
        super(left, right);
    }

    //求出left和right表达式相减后的结果
    @Override
    public int interpreter(HashMap var){
        return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
    }
}

6.计算类

public class Calculator {
    //定义表达式
    private Expression expression;

    //构造函数传参，并解析
    public Calculator(String expStr) {
        //安排运算先后顺序
        Stack stack = new Stack();
        //表达式拆分成字符数组
        char[] charArray = expStr.toCharArray();

        Expression left = null;
        Expression right = null;

        //遍历字符数组，即遍历[a,+,b]  针对不同的情况，做处理
        for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
            switch (charArray[i]){
                case '+':
                    left = stack.pop();
                    right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
                    stack.push(new AddExpression(left,right));
                    break;
                case '-':
                    left = stack.pop();
                    right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
                    stack.push(new SubExpression(left,right));
                    break;
                default:
                    //如果是一个 var 就创建一个VarExpression对象，并push到stack
                    stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
                    break;
            }
        }
        //当遍历完整个charArray数组后，stack就得到最后Expression
        this.expression =stack.pop();
    }

    public int run(HashMap var){
        //最后将表达式a+b和var={a=10,b=20}
        //然后传递给expression的interpreter进行解释执行
        return this.expression.interpreter(var);
    }
}

7.客户端

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String expStr = getExpStr(); //a+b

        HashMap var = getValue(expStr); //var {a=10,b=20}

        Calculator calculator = new Calculator(expStr);
        System.out.println("运算结果：" + expStr + "=" + calculator.run(var));
    }


    //获取值的映射
    private static HashMap getValue(String expStr) throws IOException {
        HashMap map = new HashMap<>();
        for (char ch : expStr.toCharArray()) {
            if (ch != '+' && ch != '-') {
                if (!map.containsKey(String.valueOf(ch))) {
                    System.out.print("请输入"+ ch +"的值：");
                    String in = (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();
                    map.put(String.valueOf(ch),Integer.valueOf(in));
                }
            }
        }
        return map;
    }

    private static String getExpStr() throws IOException {
        System.out.print("请输入表达式：");
        return (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();
    }
}

Spring框架中SpelExpressionParser使用到了解释器设计模式

1. Expression接口 表达式接口
2. 下面有不同的实现类，比如SpelExpression，或者CompositeStringExpression
3. 使用时候，根据你创建的不同的parser对象，返回不同的Expression对象
4. 使用得当Expression对象，调用getValue解释执行表达式，最后得到结果