（二十四）Java设计模式之解释器模式

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。

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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：
　　

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