自定义语言的实现——解释器模式(三)

18.3 解释器模式概述

解释器模式是一种使用频率相对较低但学习难度较大的设计模式,它用于描述如何使用面向对象语言构成一个简单的语言解释器。在某些情况下,为了更好地描述某一些特定类型的问题,我们可以创建一种新的语言,这种语言拥有自己的表达式和结构,即文法规则,这些问题的实例将对应为该语言中的句子。此时,可以使用解释器模式来设计这种新的语言。对解释器模式的学习能够加深我们对面向对象思想的理解,并且掌握编程语言中文法规则的解释过程。

解释器模式定义如下: 解释器模式(Interpreter Pattern):定义一个语言的文法,并且建立一个解释器来解释该语言中的句子,这里的“语言”是指使用规定格式和语法的代码。解释器模式是一种类行为型模式。

由于表达式可分为终结符表达式和非终结符表达式,因此解释器模式的结构与组合模式的结构有些类似,但在解释器模式中包含更多的组成元素,它的结构如图18-3所示:

图18-3 解释器模式结构图

在解释器模式结构图中包含如下几个角色:

● AbstractExpression(抽象表达式):在抽象表达式中声明了抽象的解释操作,它是所有终结符表达式和非终结符表达式的公共父类。

● TerminalExpression(终结符表达式):终结符表达式是抽象表达式的子类,它实现了与文法中的终结符相关联的解释操作,在句子中的每一个终结符都是该类的一个实例。通常在一个解释器模式中只有少数几个终结符表达式类,它们的实例可以通过非终结符表达式组成较为复杂的句子。

● NonterminalExpression(非终结符表达式):非终结符表达式也是抽象表达式的子类,它实现了文法中非终结符的解释操作,由于在非终结符表达式中可以包含终结符表达式,也可以继续包含非终结符表达式,因此其解释操作一般通过递归的方式来完成。

● Context(环境类):环境类又称为上下文类,它用于存储解释器之外的一些全局信息,通常它临时存储了需要解释的语句。

在解释器模式中,每一种终结符和非终结符都有一个具体类与之对应,正因为使用类来表示每一条文法规则,所以系统将具有较好的灵活性和可扩展性。对于所有的终结符和非终结符,我们首先需要抽象出一个公共父类,即抽象表达式类,其典型代码如下所示:

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

终结符表达式和非终结符表达式类都是抽象表达式类的子类,对于终结符表达式,其代码很简单,主要是对终结符元素的处理,其典型代码如下所示:

class TerminalExpression extends  AbstractExpression {
       public  void interpret(Context ctx) {
              //终结符表达式的解释操作
       }
}

对于非终结符表达式,其代码相对比较复杂,因为可以通过非终结符将表达式组合成更加复杂的结构,对于包含两个操作元素的非终结符表达式类,其典型代码如下:

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) {
              //递归调用每一个组成部分的interpret()方法
              //在递归调用时指定组成部分的连接方式,即非终结符的功能
       }     
}

除了上述用于表示表达式的类以外,通常在解释器模式中还提供了一个环境类Context,用于存储一些全局信息,通常在Context中包含了一个HashMap或ArrayList等类型的集合对象(也可以直接由HashMap等集合类充当环境类),存储一系列公共信息,如变量名与值的映射关系(key/value)等,用于在进行具体的解释操作时从中获取相关信息。其典型代码片段如下:

class Context {
     private HashMap map = new HashMap();
     public void assign(String key, String value) {
         //往环境类中设值
     }
public String  lookup(String key) {
         //获取存储在环境类中的值
     }
}

当系统无须提供全局公共信息时可以省略环境类,可根据实际情况决定是否需要环境类。

思考

绘制加法/减法解释器的类图并编写核心实现代码。

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