《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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:08:58
5. *
6. * @类说明 ：抽象表达式角色
7. */
8. public abstract class Expression {
9. /**
10. * 以环境为准，本方法解释给定的不论什么一个表达式
11. */
12. public abstract boolean interpret(Context ctx);
13. /**
14. * 检验两个表达式在结构上是否同样
15. */
16. public abstract boolean equals(Object obj);
17. /**
18. * 返回表达式的hash code
19. */
20. public abstract int hashCode();
21. /**
22. * 将表达式转换成字符串
23. */
24. public abstract String toString();
25. }

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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:09:35
5. *
6. * @类说明 ：一个Constant对象代表一个布尔常量
7. */
8. public class Constant extends Expression {
9. private boolean value;
10. public Constant(boolean value) {
11. this.value = value;
12. }
13. @Override
14. public boolean equals(Object obj) {
15. if (obj != null && obj instanceof Constant) {
16. return this.value == ((Constant) obj).value;
17. }
18. return false;
19. }
20. @Override
21. public int hashCode() {
22. return this.toString().hashCode();
23. }
24. @Override
25. public boolean interpret(Context ctx) {
26. return value;
27. }
28. @Override
29. public String toString() {
30. return new Boolean(value).toString();
31. }
32. }

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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:10:16
5. *
6. * @类说明 ：一个Variable对象代表一个有名变量
7. */
8. public class Variable extends Expression {
9. private String name;
10. public Variable(String name) {
11. this.name = name;
12. }
13. @Override
14. public boolean equals(Object obj) {
15. if (obj != null && obj instanceof Variable) {
16. return this.name.equals(((Variable) obj).name);
17. }
18. return false;
19. }
20. @Override
21. public int hashCode() {
22. return this.toString().hashCode();
23. }
24. @Override
25. public String toString() {
26. return name;
27. }
28. @Override
29. public boolean interpret(Context ctx) {
30. return ctx.lookup(this);
31. }
32. }

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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:10:55
5. *
6. * @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
7. */
8. public class And extends Expression {
9. private Expression left, right;
10. public And(Expression left, Expression right) {
11. this.left = left;
12. this.right = right;
13. }
14. @Override
15. public boolean equals(Object obj) {
16. if (obj != null && obj instanceof And) {
17. return left.equals(((And) obj).left) && right.equals(((And) obj).right);
18. }
19. return false;
20. }
21. @Override
22. public int hashCode() {
23. return this.toString().hashCode();
24. }
25. @Override
26. public boolean interpret(Context ctx) {
27. return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx);
28. }
29. @Override
30. public String toString() {
31. return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")";
32. }
33. }

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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:20
5. *
6. * @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
7. */
8. public class Or extends Expression {
9. private Expression left, right;
10. public Or(Expression left, Expression right) {
11. this.left = left;
12. this.right = right;
13. }
14. @Override
15. public boolean equals(Object obj) {
16. if (obj != null && obj instanceof Or) {
17. return this.left.equals(((Or) obj).left) && this.right.equals(((Or) obj).right);
18. }
19. return false;
20. }
21. @Override
22. public int hashCode() {
23. return this.toString().hashCode();
24. }
25. @Override
26. public boolean interpret(Context ctx) {
27. return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx);
28. }
29. @Override
30. public String toString() {
31. return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")";
32. }
33. }

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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:36
5. *
6. * @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
7. */
8. public class Not extends Expression {
9. private Expression exp;
10. public Not(Expression exp) {
11. this.exp = exp;
12. }
13. @Override
14. public boolean equals(Object obj) {
15. if (obj != null && obj instanceof Not) {
16. return exp.equals(((Not) obj).exp);
17. }
18. return false;
19. }
20. @Override
21. public int hashCode() {
22. return this.toString().hashCode();
23. }
24. @Override
25. public boolean interpret(Context ctx) {
26. return !exp.interpret(ctx);
27. }
28. @Override
29. public String toString() {
30. return "(Not " + exp.toString() + ")";
31. }
32. }

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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. import java.util.HashMap;
3. import java.util.Map;
4. /**
5. * @author: 特种兵—AK47
6. * @创建时间：2012-7-3 下午03:11:54
7. *
8. * @类说明 ：环境(Context)类定义出从变量到布尔值的一个映射
9. */
10. public class Context {
11. private Map<Variable, Boolean> map = new HashMap<Variable, Boolean>();
12. public void assign(Variable var, boolean value) {
13. map.put(var, new Boolean(value));
14. }
15. public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException {
16. Boolean value = map.get(var);
17. if (value == null) {
18. throw new IllegalArgumentException();
19. }
20. return value.booleanValue();
21. }
22. }

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<Variable, Boolean> map = new HashMap<Variable, Boolean>();

	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

1. package com.bankht.Interpreter;
2. /**
3. * @author: 特种兵—AK47
4. * @创建时间：2012-7-3 下午03:12:17
5. *
6. * @类说明 ：client类
7. */
8. public class Client {
9. public static void main(String[] args) {
10. Context ctx = new Context();
11. Variable x = new Variable("x");
12. Variable y = new Variable("y");
13. Constant c = new Constant(true);
14. ctx.assign(x, false);
15. ctx.assign(y, true);
16. Expression exp = new Or(new And(c, x), new And(y, new Not(x)));
17. System.out.println("x=" + x.interpret(ctx));
18. System.out.println("y=" + y.interpret(ctx));
19. System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));
20. }
21. }

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：

http://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/4236961.html

http://blog.csdn.net/hfmbook/article/details/7688593

http://blog.csdn.net/ylchou/article/details/7594135

http://blog.csdn.net/m13666368773/article/details/7712110

x=false

y=true

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