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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

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/**
* @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

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/**
* @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

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/**
* @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

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/**
* @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

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/**
* @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