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解析Java的设计模式编程之解释器模式的运用

2019-11-26 14:33:42
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供稿:网友

定义:给定一种语言,定义他的文法的一种表示,并定义一个解释器,该解释器使用该表示来解释语言中句子。
类型:行为类模式
类图:

2016217111905971.jpg (583×309)

解释器模式是一个比较少用的模式,本人之前也没有用过这个模式。下面我们就来一起看一下解释器模式。
 
解释器模式的结构
抽象解释器:声明一个所有具体表达式都要实现的抽象接口(或者抽象类),接口中主要是一个interpret()方法,称为解释操作。具体解释任务由它的各个实现类来完成,具体的解释器分别由终结符解释器TerminalExpression和非终结符解释器NonterminalExpression完成。
终结符表达式:实现与文法中的元素相关联的解释操作,通常一个解释器模式中只有一个终结符表达式,但有多个实例,对应不同的终结符。终结符一半是文法中的运算单元,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。                               
非终结符表达式:文法中的每条规则对应于一个非终结符表达式,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。非终结符表达式根据逻辑的复杂程度而增加,原则上每个文法规则都对应一个非终结符表达式。
环境角色: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。

例子
来举一个加减乘除的例子吧,实现思路来自于《java与模式》中的例子。每个角色的功能按照上面提到的规范来实现。

//上下文(环境)角色,使用HashMap来存储变量对应的数值  class Context  {      private Map valueMap = new HashMap();      public void addValue(Variable x , int y)      {         Integer yi = new Integer(y);         valueMap.put(x , yi);      }      public int LookupValue(Variable x)      {         int i = ((Integer)valueMap.get(x)).intValue();         return i ;      }  } //抽象表达式角色,也可以用接口来实现  abstract class Expression  {      public abstract int interpret(Context con);  } //终结符表达式角色  class Constant extends Expression  {      private int i ;      public Constant(int i)      {         this.i = i;      }      public int interpret(Context con)      {         return i ;      }  } class Variable extends Expression  {      public int interpret(Context con)      {         //this为调用interpret方法的Variable对象         return con.LookupValue(this);      }  } //非终结符表达式角色  class Add extends Expression  {      private Expression left ,right ;      public Add(Expression left , Expression right)      {         this.left = left ;         this.right= right ;      }      public int interpret(Context con)      {         return left.interpret(con) + right.interpret(con);      }  } class Subtract extends Expression  {      private Expression left , right ;      public Subtract(Expression left , Expression right)      {         this.left = left ;         this.right= right ;      }      public int interpret(Context con)      {         return left.interpret(con) - right.interpret(con);      }  } class Multiply extends Expression  {      private Expression left , right ;      public Multiply(Expression left , Expression right)      {         this.left = left ;         this.right= right ;      }      public int interpret(Context con)      {         return left.interpret(con) * right.interpret(con);      }  } class Division extends Expression  {      private Expression left , right ;      public Division(Expression left , Expression right)      {         this.left = left ;         this.right= right ;      }      public int interpret(Context con)      {         try{                return left.interpret(con) / right.interpret(con);         }catch(ArithmeticException ae)         {             System.out.println("被除数为0!");             return -11111;         }      }  } //测试程序,计算 (a*b)/(a-b+2)  public class Test  {      private static Expression ex ;      private static Context con ;      public static void main(String[] args)      {         con = new Context();         //设置变量、常量         Variable a = new Variable();         Variable b = new Variable();         Constant c = new Constant(2);  //为变量赋值         con.addValue(a , 5);         con.addValue(b , 7);  //运算,对句子的结构由我们自己来分析,构造         ex = new Division(new Multiply(a , b), new Add(new Subtract(a , b) , c));         System.out.println("运算结果为:"+ex.interpret(con));      }  } 

解释器模式的优缺点
        解释器是一个简单的语法分析工具,它最显著的优点就是扩展性,修改语法规则只需要修改相应的非终结符就可以了,若扩展语法,只需要增加非终结符类就可以了。
        但是,解释器模式会引起类的膨胀,每个语法都需要产生一个非终结符表达式,语法规则比较复杂时,就可能产生大量的类文件,为维护带来非常多的麻烦。同时,由于采用递归调用方法,每个非终结符表达式只关心与自己相关的表达式,每个表达式需要知道最终的结果,必须通过递归方式,无论是面向对象的语言还是面向过程的语言,递归都是一个不推荐的方式。由于使用了大量的循环和递归,效率是一个不容忽视的问题。特别是用于解释一个解析复杂、冗长的语法时,效率是难以忍受的。
 
解释器模式的适用场景
        在以下情况下可以使用解释器模式:
有一个简单的语法规则,比如一个sql语句,如果我们需要根据sql语句进行rm转换,就可以使用解释器模式来对语句进行解释。
一些重复发生的问题,比如加减乘除四则运算,但是公式每次都不同,有时是a+b-c*d,有时是a*b+c-d,等等等等个,公式千变万化,但是都是由加减乘除四个非终结符来连接的,这时我们就可以使用解释器模式。


注意事项
       解释器模式真的是一个比较少用的模式,因为对它的维护实在是太麻烦了,想象一下,一坨一坨的非终结符解释器,假如不是事先对文法的规则了如指掌,或者是文法特别简单,则很难读懂它的逻辑。解释器模式在实际的系统开发中使用的很少,因为他会引起效率、性能以及维护等问题。

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