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解释器模式#xff08;Interpreter Pattern#xff09;是一种用的比较少的行为型模式#xff0c;其提供了一种解释语言的语法或表达式的方式#xff0c;该模式定义了一个表达式接口#xff0c;通过该接口解释一个特定的上下文。在这么多的设计模式中#xff0c…一、介绍
解释器模式Interpreter Pattern是一种用的比较少的行为型模式其提供了一种解释语言的语法或表达式的方式该模式定义了一个表达式接口通过该接口解释一个特定的上下文。在这么多的设计模式中解释器模式在实际运用上相对来说要少很多因为我们很少会自己去构造一个语言的文法。虽然如此既然它能够在设计模式中有一席之位那么必定有它的可用之处。
二、定义
给定一个语言定义它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的句子。其中语言就是我们需要解释的对象文法就是这个语言的规律解释器就是翻译机通过文法来翻译语言。
三、使用场景
如果某个简单的语言需要解释执行而且可以将该语言中的语句表示为一个抽象的语法树时可以考虑使用解释器模式。 在某些特定的领域出现不断重复的问题时可以将该领域的问题转化为一种语法规则下的语句然后构建解释器来解释该语句。
四、解释器模式的UML类图
UML类图 角色介绍
AbstractExpression抽象表达式声明一个抽象的解释操作父类并定义一个抽象的 interpret() 解释方法其具体的实现在各个具体的子类解释器中完成。TerminalExpression终结符表达式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RR1R2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。NonterminalExpression非终结符表达式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RR1R2中“”就是非终结符解析“”的解释器就是一个非终结符表达式。Context上下文环境类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RR1R2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。Client客户类解析表达式构建抽象语法树执行具体的解释操作等。
通用代码如下
/*** 抽象表达式*/
public abstract class AbstractExpression {/*** 抽象的解析方法* param context 上下文环境对象*/public abstract void interpret(Context context);
}/*** 终结符表达式*/
public class TerminalExpression extends AbstractExpression{Overridepublic void interpret(Context context) {//实现文法中与终结符有关的解释操作}
}/*** 非终结符表达式*/
public class NonterminalExpression extends AbstractExpression{Overridepublic void interpret(Context context) {//实现文法中与非终结符有关的解释操作}
}/*** 上下文环境类*/
public class Context {
}/*** 客户类*/
public class Client {public static void main(String[] args) {//根据文法对特定句子构建抽象语法树后解释}
}
五、简单实现
我们使用解释器模式对“mnp”这个表达式进行解释那么代表数字的m、n和p就可以看成终结符号而“”这个运算符号可以当做非终结符号。
抽象的算数运算解释器
public abstract class ArithemticExpression {/*** 抽象的解析方法 * 具体的解析逻辑由具体的子类实现* * return 解析得到具体的值*/public abstract int interpreter();
}
数字解释器
public class NumExpression extends ArithemticExpression{private int num;public NumExpression(int num){this.num num;}Overridepublic int interpreter() {return num;}
}
运算符号解释器
public abstract class OperatorExpression extends ArithemticExpression{protected ArithemticExpression exp1, exp2;public OperatorExpression(ArithemticExpression exp1, ArithemticExpression exp2){this.exp1 exp1;this.exp2 exp2;}
}
具体的加法运算符解释器
public class AdditionExpression extends OperatorExpression{public AdditionExpression(ArithemticExpression exp1,ArithemticExpression exp2) {super(exp1, exp2);}Overridepublic int interpreter() {return exp1.interpreter() exp2.interpreter();}}
处理解释器
public class Calculator {//声明一个Stack栈储存并操作所有相关的解释器private StackArithemticExpression mExpStack new StackArithemticExpression();public Calculator(String expression){//声明两个ArithemticExpression类型的临时变量储存运算符左右两边的数字解释器ArithemticExpression exp1,exp2;//根据空格分割表达式字符串(比如1 2 3 4)String[] elements expression.split( );/** 遍历表达式元素数组*/for(int i 0; i elements.length; i){/** 判断运算符号*/switch (elements[i].charAt(0)) {case ://如果是加号则将栈中的解释器弹出作为运算符号左边的解释器exp1 mExpStack.pop();//同时将运算符号数组下标的下一个元素构造为一个数字解释器exp2 new NumExpression(Integer.parseInt(elements[i]));//通过上面的两个数字解释器构造加法运算解释器 mExpStack.push(new AdditionExpression(exp1, exp2));break;default:/** 如果为数字直接构造数字解释器并压入栈*/mExpStack.push(new NumExpression(Integer.valueOf(elements[i])));break;}}}/*** 计算结果* * return 最终的计算结果*/public int calculate(){return mExpStack.pop().interpreter();}
}
调用
public class Client {public static void main(String[] args) {Calculator c new Calculator(22 553 83 5);System.out.println(计算结果c.calculate());}
}
结果
计算结果663
如果相加如减法的操作在Calculator中加入相应判断即可
public class SubtractionExpression extends OperatorExpression{public SubtractionExpression(ArithemticExpression exp1,ArithemticExpression exp2) {super(exp1, exp2);}Overridepublic int interpreter() {return exp1.interpreter() - exp2.interpreter();}}
Calculator中加入
case -:exp1 mExpStack.pop();exp2 new NumExpression(Integer.parseInt(elements[i]));mExpStack.push(new SubtractionExpression(exp1, exp2));break;
从上面可以看出解释器模式很灵活他将复杂问题可以简单化、模块化、分离实现、解释执行。
六、Android源码中解释器模式
1、PackageParser
PackageParser是对AndroidManifest.xml配置文件进行读取的具体原理参考解析AndroidManifest原理
七、总结
优点
最大的优点使其灵活的扩展性当我们想对文法规则进行扩展延伸时只需要增加相应的非终结符解释器并在构建抽象语法树时使用到新增的解释器对象进行具体的解释即可非常方便。
缺点
每个语法都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了非常多的麻烦。 解释器模式由于使用了大量的循环和递归效率是个问题特别是用于解析复杂、冗长的语法时效率是难以忍受的。
