自定義語言的實現(xiàn)——解釋器模式（三）

解釋器模式概述

解釋器模式是一種使用頻率相對較低但學習難度較大的設(shè)計模式，它用于描述如何使用面向?qū)ο笳Z言構(gòu)成一個簡單的語言解釋器。在某些情況下，為了更好地描述某一些特定類型的問題，我們可以創(chuàng)建一種新的語言，這種語言擁有自己的表達式和結(jié)構(gòu)，即文法規(guī)則，這些問題的實例將對應(yīng)為該語言中的句子。此時，可以使用解釋器模式來設(shè)計這種新的語言。對解釋器模式的學習能夠加深我們對面向?qū)ο笏枷氲睦斫?，并且掌握編程語言中文法規(guī)則的解釋過程。

解釋器模式定義如下：

解釋器模式（Interpreter Pattern）：定義一個語言的文法，并且建立一個解釋器來解釋該語言中的句子，這里的“語言”是指使用規(guī)定格式和語法的代碼。解釋器模式是一種類行為型模式。

由于表達式可分為終結(jié)符表達式和非終結(jié)符表達式，因此解釋器模式的結(jié)構(gòu)與組合模式的結(jié)構(gòu)有些類似，但在解釋器模式中包含更多的組成元素，它的結(jié)構(gòu)如圖所示：

http://wiki.jikexueyuan.com/project/design-pattern-behavior/images/1341331467_7271.jpg" alt="解釋器模式結(jié)構(gòu)圖" />

在解釋器模式結(jié)構(gòu)圖中包含如下幾個角色：

• AbstractExpression（抽象表達式）：在抽象表達式中聲明了抽象的解釋操作，它是所有終結(jié)符表達式和非終結(jié)符表達式的公共父類。

• TerminalExpression（終結(jié)符表達式）：終結(jié)符表達式是抽象表達式的子類，它實現(xiàn)了與文法中的終結(jié)符相關(guān)聯(lián)的解釋操作，在句子中的每一個終結(jié)符都是該類的一個實例。通常在一個解釋器模式中只有少數(shù)幾個終結(jié)符表達式類，它們的實例可以通過非終結(jié)符表達式組成較為復雜的句子。

• NonterminalExpression（非終結(jié)符表達式）：非終結(jié)符表達式也是抽象表達式的子類，它實現(xiàn)了文法中非終結(jié)符的解釋操作，由于在非終結(jié)符表達式中可以包含終結(jié)符表達式，也可以繼續(xù)包含非終結(jié)符表達式，因此其解釋操作一般通過遞歸的方式來完成。

• Context（環(huán)境類）：環(huán)境類又稱為上下文類，它用于存儲解釋器之外的一些全局信息，通常它臨時存儲了需要解釋的語句。

在解釋器模式中，每一種終結(jié)符和非終結(jié)符都有一個具體類與之對應(yīng)，正因為使用類來表示每一條文法規(guī)則，所以系統(tǒng)將具有較好的靈活性和可擴展性。對于所有的終結(jié)符和非終結(jié)符，我們首先需要抽象出一個公共父類，即抽象表達式類，其典型代碼如下所示：

abstract class AbstractExpression {
       public  abstract void interpret(Context ctx);
}

終結(jié)符表達式和非終結(jié)符表達式類都是抽象表達式類的子類，對于終結(jié)符表達式，其代碼很簡單，主要是對終結(jié)符元素的處理，其典型代碼如下所示：

class TerminalExpression extends  AbstractExpression {
       public  void interpret(Context ctx) {
              //終結(jié)符表達式的解釋操作
       }
}

對于非終結(jié)符表達式，其代碼相對比較復雜，因為可以通過非終結(jié)符將表達式組合成更加復雜的結(jié)構(gòu)，對于包含兩個操作元素的非終結(jié)符表達式類，其典型代碼如下：

class NonterminalExpression extends  AbstractExpression {
       private  AbstractExpression left;
       private  AbstractExpression right;

       public  NonterminalExpression(AbstractExpression left,AbstractExpression right) {
              this.left=left;
              this.right=right;
       }

       public void interpret(Context ctx) {
              //遞歸調(diào)用每一個組成部分的interpret()方法
              //在遞歸調(diào)用時指定組成部分的連接方式，即非終結(jié)符的功能
       }     
}

除了上述用于表示表達式的類以外，通常在解釋器模式中還提供了一個環(huán)境類 Context，用于存儲一些全局信息，通常在 Context 中包含了一個 HashMap 或 ArrayList 等類型的集合對象（也可以直接由 HashMap 等集合類充當環(huán)境類），存儲一系列公共信息，如變量名與值的映射關(guān)系（key/value）等，用于在進行具體的解釋操作時從中獲取相關(guān)信息。其典型代碼片段如下：

class Context {
     private HashMap map = new HashMap();
     public void assign(String key, String value) {
         //往環(huán)境類中設(shè)值
     }
public String  lookup(String key) {
         //獲取存儲在環(huán)境類中的值
     }
}

當系統(tǒng)無須提供全局公共信息時可以省略環(huán)境類，可根據(jù)實際情況決定是否需要環(huán)境類。

思考

繪制加法/減法解釋器的類圖并編寫核心實現(xiàn)代碼。