设计模式 | 解释器模式及典型应用

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博客原文:设计模式 | 解释器模式及典型应用

本文主要介绍解释器模式,在日常开发中,解释器模式的使用频率比较低

解释器模式

解释器模式(Interpreter Pattern):定义一个语言的文法,并且建立一个解释器来解释该语言中的句子,这里的 "语言" 是指使用规定格式和语法的代码。解释器模式是一种类行为型模式。

角色

AbstractExpression(抽象表达式):在抽象表达式中声明了抽象的解释操作,它是所有终结符表达式和非终结符表达式的公共父类。

TerminalExpression(终结符表达式):终结符表达式是抽象表达式的子类,它实现了与文法中的终结符相关联的解释操作,在句子中的每一个终结符都是该类的一个实例。通常在一个解释器模式中只有少数几个终结符表达式类,它们的实例可以通过非终结符表达式组成较为复杂的句子。

NonterminalExpression(非终结符表达式):非终结符表达式也是抽象表达式的子类,它实现了文法中非终结符的解释操作,由于在非终结符表达式中可以包含终结符表达式,也可以继续包含非终结符表达式,因此其解释操作一般通过递归的方式来完成。

Context(环境类):环境类又称为上下文类,它用于存储解释器之外的一些全局信息,通常它临时存储了需要解释的语句。

解释器模式结构图

示例

使用解释器模式实现一个简单的后缀表达式解释器,仅支持对整数的加法和乘法即可

定义抽象表达式接口

public interface Interpreter { int interpret(); }

非终结符表达式,对整数进行解释

public class NumberInterpreter implements Interpreter { private int number; public NumberInterpreter(int number) { this.number = number; } public NumberInterpreter(String number) { this.number = Integer.parseInt(number); } @Override public int interpret() { return this.number; } }

终结符表达式,对加法和乘法进行解释

// 加法 public class AddInterpreter implements Interpreter { private Interpreter firstExpression, secondExpression; public AddInterpreter(Interpreter firstExpression, Interpreter secondExpression) { this.firstExpression = firstExpression; this.secondExpression = secondExpression; } @Override public int interpret() { return this.firstExpression.interpret() + this.secondExpression.interpret(); } @Override public String toString() { return "+"; } } // 乘法 public class MultiInterpreter implements Interpreter { private Interpreter firstExpression, secondExpression; public MultiInterpreter(Interpreter firstExpression, Interpreter secondExpression) { this.firstExpression = firstExpression; this.secondExpression = secondExpression; } @Override public int interpret() { return this.firstExpression.interpret() * this.secondExpression.interpret(); } @Override public String toString() { return "*"; } }

工具类

public class OperatorUtil { public static boolean isOperator(String symbol) { return (symbol.equals("+") || symbol.equals("*")); } public static Interpreter getExpressionObject(Interpreter firstExpression, Interpreter secondExpression, String symbol) { if ("+".equals(symbol)) { // 加法 return new AddInterpreter(firstExpression, secondExpression); } else if ("*".equals(symbol)) { // 乘法 return new MultiInterpreter(firstExpression, secondExpression); } else { throw new RuntimeException("不支持的操作符:" + symbol); } } }

测试,对后缀表达式 6 100 11 + * 进行求值

public class Test { public static void main(String[] args) { String inputStr = "6 100 11 + *"; MyExpressionParser expressionParser = new MyExpressionParser(); int result = expressionParser.parse(inputStr); System.out.println("解释器计算结果: " + result); } }

运行结果

入栈: 6 入栈: 100 入栈: 11 出栈: 11 和 100 应用运算符: + 阶段结果入栈: 111 出栈: 111 和 6 应用运算符: * 阶段结果入栈: 666 解释器计算结果: 666

解释器模式总结

解释器模式为自定义语言的设计和实现提供了一种解决方案,它用于定义一组文法规则并通过这组文法规则来解释语言中的句子。虽然解释器模式的使用频率不是特别高,但是它在正则表达式XML文档解释等领域还是得到了广泛使用。

主要优点

易于改变和扩展文法。由于在解释器模式中使用类来表示语言的文法规则,因此可以通过继承等机制来改变或扩展文法。

每一条文法规则都可以表示为一个类,因此可以方便地实现一个简单的语言

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