简易理解设计模式之：解释器模式——语言和文法

介绍：

解释器模式属于行为型模式。它的定义为：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，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

先理解一些概念

语言：

指有限字符组成的字符串集合，也就是中文、英文、日语、德语.....但对于程序员来说语言就是abcd这类字符了。

文法：

文法是用来描述语言的语法成分结构构造的形式规则。如规定一条句子为主谓宾结构，构造的规则为“我是[名词]”这样的结构，可以看作一条文法。那么我们的句子可以是：
我是程序员
我是设计师
我是小朋友

解释器：

可以理解成翻译机，指翻译具有一定语法成分结构的句子。

概括一下：

假设我们现在的形式语言的字符表是‘a’、‘b’、‘c’、‘d’、‘e’、‘f’这6个字符，我们又有ab开头ef结尾中间排列N(N>=0)个cd的字符串。那么我们的字符串可以是：
"abef"
"abcdef"
"abcdcdef"

那这种"ab(cd)ef"的语法格式的字符串有无数种，它们的集合称为形式文法。

然后再将上面的字符串表示为一个具体的表达式：
S : : = abA*ef
A : : = cd

其中，“: : =”表示推导，“*”表示A可以有0个或N个重复；S和A为非终结符号，可以推导出右边的表达式。a、b、c、d、e、f这些语言中的字符不能继续被推导了，称为终结符号。

类图：

解释器模式UML类图.png

• AbstractExpression（抽象表达式）：声明一个抽象的解释操作父类，并定义一个抽象解释方法。
• TerminalExpression（终结表达式）：实现文法中与终结符有关的解释操作。
• NonterminalExpression（非终结表达式）：实现文法中与非终结符有关的解释操作。
• Context（上下文环境）：包含解释器之外的全局信息。
• Client（客户类）：解析表达式，构建抽象语法数。

用法：

•　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语法树时可以考虑使用解释器模式。

这种情况可以是一个简单的加成运算数据表达式：p+q+m-n。

•　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。

如果需要将一段阿拉伯数字转为中文数字，又或者将英文的大小写转换。

例子：

我们就上面的四则运算来做个例子吧，无论从技术的书，还是网上的技术帖子，简直就是国际惯例。虽然这个模式不怎么常用（反正我没用过），但它的思维方式还是值得我们去学习的。

例子：四则运算的实现

1、定义抽象表达式

public abstract class ArithmeticExpression {
    /**
     * 抽象的具体方法
     * 具体逻辑由子类实现
     * @return
     */
    public abstract int interpret();
}

2、定义数字解释器（终结表达式类）

public class NumExpression extends ArithmeticExpression {
    private int num;

    public NumExpression(int num){
        this.num = num;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return num;
    }
}

1.3、定义符号运算解释器（非终结表达式类）

public abstract class OperatorExpression extends ArithmeticExpression {
    //声明两个成员变量存储运算符号两边的数字
    protected ArithmeticExpression exp1,exp2;

    public OperatorExpression(ArithmeticExpression exp1,ArithmeticExpression exp2){
        this.exp1 = exp1;
        this.exp2 = exp2;
    }
}

1.4、定义加法解释器

public class AdditionExpression extends OperatorExpression {

    public AdditionExpression(ArithmeticExpression exp1,ArithmeticExpression exp2){
        super(exp1,exp2);
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return exp1.interpret() + exp2.interpret();
    }
}

1.5、处理与解释相关的一些业务(Client类)

public class Calculator {
    //声明一个stack栈存储并操作所有相关的解释器
    private Stack<ArithmeticExpression> mExpStack = new Stack<ArithmeticExpression>();

    public Calculator(String expression) {
        //定义两个临时变量
        ArithmeticExpression exp1, exp2;

        //根据空格分割表达式字符串
        String[] elements = expression.split(" ");

        //循环遍历元素
        for (int i = 0; i < elements.length; i++) {
            switch (elements[i].charAt(0)){
                case '+':
                    exp1 = mExpStack.pop();
                    exp2 = new NumExpression(Integer.valueOf(elements[++i]));
                    mExpStack.push(new AdditionExpression(exp1,exp2));
                    break;
                default:
                    mExpStack.push(new NumExpression(Integer.valueOf(elements[i])));
                    break;
            }
        }
    }

    public int caculate(){
        return mExpStack.pop().interpret();
    }
}

1.6、测试与实现

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator c = new Calculator("10 + 3 + 1 + 2");
        System.out.println(c.caculate());   //输出16
    }
}

总结：

此模式真的不常用，除非要自己定义一套语言做一些简单的语法解释。这次就做一下知识的搬运工归纳一下各种概念吧~

感谢您的阅读~

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简易理解设计模式之：解释器模式——语言和文法

简易理解设计模式之：解释器模式——语言和文法

介绍：

先理解一些概念

语言：

文法：

解释器：

概括一下：

类图：

用法：

例子：

例子：四则运算的实现

总结：

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