JAVA设计模式之解释器模式详解

在阎宏博士的《java与模式》一书中开头是这样描述解释器（interpreter）模式的：

解释器模式是类的行为模式。给定一个语言之后，解释器模式可以定义出其文法的一种表示，并同时提供一个解释器。客户端可以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

　　下面就以一个示意性的系统为例，讨论解释器模式的结构。系统的结构图如下所示：

模式所涉及的角色如下所示：

　　（1）抽象表达式(expression)角色：声明一个所有的具体表达式角色都需要实现的抽象接口。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；文法中的每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。比如有一个简单的公式r=r1+r2，在里面r1和r2就是终结符，对应的解析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需要一个具体的非终结符表达式，非终结符表达式一般是文法中的运算符或者其他关键字，比如公式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：这个角色的任务一般是用来存放文法中各个终结符所对应的具体值，比如r=r1+r2，我们给r1赋值100，给r2赋值200。这些信息需要存放到环境角色中，很多情况下我们使用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对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。非终结符表达式包含运算符and，or和not等布尔表达式。这个简单的文法如下：

　　　　expression  ::= constant | variable | or | and | not

　　　　and 　　　　::= expression 'and' expression

　　　　or　　　　　::= expression 'or' expression

　　　　not　　　　 ::= 'not' expression

　　　　variable　　::= 任何标识符

　　　　constant    ::= 'true' | 'false'

解释器模式的结构图如下所示：

源代码

　　抽象表达式角色

public abstract class expression {
    /**
     * 以环境为准，本方法解释给定的任何一个表达式
     */
    public abstract boolean interpret(context ctx);
    /**
     * 检验两个表达式在结构上是否相同
     */
    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

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

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

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

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

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

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();
    }
}

客户端类

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));
    }

}

运行结果如下：