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定义

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。

定义中提到的文法和句子的概念同编译原理中的描述相同,“文法”指的语言的语法规则,而“句子”是指语言集中的元素。

四个角色

解释器模式主要有四个角色:

  • 环境角色Context:包含解释器之外的一些全局信息。
  • 抽象表达式AbstractExpression: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。
  • 终结符表达式TerminalExpression:实现与文法中的终结符相关联的解释操作。
  • 非终结符表达式NonterminalExpression: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。

场景示例

笔者这里通过解释器模式来实现运算表达式的计算,例如计算表达式A-B+C的值。

创建抽象表达式

/**
 * @author zhh
 * @description 抽象表达式
 * @date 2020-02-29 18:41
 */
public interface Expression {

    /**
     * 解释
     */
    int interpret();
}

创建终结符表达式

/**
 * @author zhh
 * @description 加法表达式
 * @date 2020-03-01 18:17
 */
public class AddExpression implements Expression {

    private Expression left;

    private Expression right;

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

    public int interpret() {
        return this.left.interpret() + this.right.interpret();
    }
}


/**
 * @author zhh
 * @description 减法表达式
 * @date 2020-03-01 18:17
 */
public class SubExpression implements Expression {

    private Expression left;

    private Expression right;

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

    public int interpret() {
        return this.left.interpret() - this.right.interpret();
    }
}

创建非终结符表达式

/**
 * @author zhh
 * @description 数字表达式
 * @date 2020-03-01 18:21
 */
public class NumberExpression implements Expression {

    private int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    public NumberExpression(String number) {
        this.number = Integer.valueOf(number);
    }

    public int interpret() {
        return this.number;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return String.format("%s", this.number);
    }
}

创建环境角色

/**
 * @author zhh
 * @description 表达式环境角色
 * @date 2020-03-01 18:23
 */
public class ExpressionContext {

    private Expression expression;

    /**
     * 解析
     * @param expStr 字符串表达式
     */
    public int parse(String expStr) {
        final Stack<Expression> stack = new Stack<Expression>();

        String[] expArray = expStr.split(",");

        Expression left;
        Expression right;

        for (int i = 0; i < expArray.length; i++) {
            String exp = expArray[i];
            if (isSymbol(exp)) {
                // +或者-运算符号
                left = stack.pop();
                right = new NumberExpression(expArray[++i]);
                System.out.println(String.format("数字%s和%s开始进行%s操作运算", left, right, exp));
                Expression expression = getExpression(left, right, exp);

                int result = expression.interpret();
                System.out.println(String.format("运算结果%s开始入栈", result));
                stack.push(new NumberExpression(result));
            } else {
                // 数字
                NumberExpression numberExpression = new NumberExpression(exp);
                System.out.println(String.format("数字%s开始入栈", numberExpression));
                stack.push(numberExpression);
            }
        }

        return stack.pop().interpret();
    }

    /**
     * 是否是符号
     * @param exp 表达式
     */
    private boolean isSymbol(String exp) {
        return "+".equals(exp) || "-".equals(exp);
    }

    /**
     * 获取表达式
     * @param left 左表达式
     * @param right 右表达式
     * @param symbol 运算符号
     * @return
     */
    private Expression getExpression(Expression left, Expression right, String symbol) {
        if ("+".equals(symbol)) {
            return new AddExpression(left, right);
        } else if ("-".equals(symbol)) {
            return new SubExpression(left, right);
        } else {
            throw new RuntimeException(String.format("当前解析器不支持该操作符%s的解析", symbol));
        }
    }
}

测试类及输出

/**
 * @author zhh
 * @description 测试类
 * @date 2020-03-01 18:26
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        String expStr = "10,-,4,+,1";
        ExpressionContext expressionContext = new ExpressionContext();
        int parse = expressionContext.parse(expStr);
        System.out.println("表达式最终的运算结果为: " + parse);
    }
}

输出结果如下:

数字10开始入栈

数字10和4开始进行-操作运算

运算结果6开始入栈

数字6和1开始进行+操作运算

运算结果7开始入栈

表达式最终的运算结果为: 7

类结构图

以上示例类的结构图如下所示

image.png

总结

解释器模式在实际的软件开发中使用比较少,因为它会引起效率、性能以及维护等问题。

适用场景

  • 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。
  • 某种类型的问题重复出现可以用一种简单的语言来进行表达。
  • 简单语法需要解释的场景。

优点

  • 可扩展性比较好,灵活。
  • 简单文法较为容易实现。

缺点

  • 当语法规则数目太多时,类的个数将急剧增加,导致系统的复杂度增加。
  • 解释器模式采用大量的循环和递归调用,执行效率较为低下。

参考