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《JAVA与模式》第25天—解释器模式

2012-07-03

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...

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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:08:58
*
* @类说明 :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();
}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:08:58
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:09:35
*
* @类说明 :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();
}

}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:09:35
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:10:16
*
* @类说明 :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);
}

}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:10:16
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:10:55
*
* @类说明 :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() + ")";
}

}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:10:55
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:11:20
*
* @类说明 :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() + ")";
}

}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:11:20
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:11:36
*
* @类说明 :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() + ")";
}

}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:11:36
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:11:54
*
* @类说明 :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();
}
}
package com.bankht.Interpreter;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:11:54
*
* @类说明 :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

[java]
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:12:17
*
* @类说明 :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));
}

}
package com.bankht.Interpreter;

/**
* @author: 特种兵—AK47
* @创建时间:2012-7-3 下午03:12:17
*
* @类说明 :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:

[html]
x=false
y=true
((true AND x) OR (y AND (Not x)))=true
  作者:m13666368773

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