《JAVA與模式》之解譯器模式

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在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述解譯器（Interpreter）模式的：

　　解譯器模式是類的行為模式。給定一個語言之後，解譯器模式可以定義出其文法的一種表示，並同時提供一個解譯器。用戶端可以使用這個解譯器來解釋這個語言中的句子。

解譯器模式的結構

　　下面就以一個示意性的系統為例，討論解譯器模式的結構。系統的結構圖如下所示：

　　模式所涉及的角色如下所示：

　　（1）抽象運算式(Expression)角色：聲明一個所有的具體運算式角色都需要實現的抽象介面。這個介面主要是一個interpret()方法，稱做解釋操作。

　　（2）終結符運算式(Terminal Expression)角色：實現了抽象運算式角色所要求的介面，主要是一個interpret()方法；文法中的每一個終結符都有一個具體終結運算式與之相對應。比如有一個簡單的公式R=R1+R2，在裡面R1和R2就是終結符，對應的解析R1和R2的解譯器就是終結符運算式。

　　（3）非終結符運算式(Nonterminal Expression)角色：文法中的每一條規則都需要一個具體的非終結符運算式，非終結符運算式一般是文法中的運算子或者其他關鍵字，比如公式R=R1+R2中，“+"就是非終結符，解析“+”的解譯器就是一個非終結符運算式。

　　（4）環境(Context)角色：這個角色的任務一般是用來存放文法中各個終結符所對應的具體值，比如R=R1+R2，我們給R1賦值100，給R2賦值200。這些資訊需要存放到環境角色中，很多情況下我們使用Map來充當環境角色就足夠了。

 

　　為了說明解譯器模式的實現辦法，這裡給出一個最簡單的文法和對應的解譯器模式的實現，這就是類比Java語言中對布林運算式進行操作和求值。

　　在這個語言中終結符是布爾變數，也就是常量true和false。非終結符運算式包含運算子and，or和not等布林運算式。這個簡單的文法如下：

　　　　Expression  ::= Constant | Variable | Or | And | Not

　　　　And 　　　　::= Expression 'AND' Expression

　　　　Or　　　　　::= Expression 'OR' Expression

　　　　Not　　　　 ::= 'NOT' Expression

　　　　Variable　　::= 任何標識符

　　　　Constant    ::= 'true' | 'false'

　　解譯器模式的結構圖如下所示：

　　

　　原始碼

　　抽象運算式角色

public abstract class Expression {    /**     * 以環境為準，本方法解釋給定的任何一個運算式     */    public abstract boolean interpret(Context ctx);    /**     * 檢驗兩個運算式在結構上是否相同     */    public abstract boolean equals(Object obj);    /**     * 返回運算式的hash code     */    public abstract int hashCode();    /**     * 將運算式轉換成字串     */    public abstract String toString();}

　　一個Constant對象代表一個布爾常量

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();    }    }

　　一個Variable對象代表一個有名變數

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);    }}

　　代表邏輯“與”操作的And類，表示由兩個布林運算式通過邏輯“與”操作給出一個新的布林運算式的操作

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() + ")";    }}

　　代表邏輯“或”操作的Or類，代表由兩個布林運算式通過邏輯“或”操作給出一個新的布林運算式的操作

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() + ")";    }}

　　代表邏輯 NOT操作的Not類，代表由一個布林運算式通過邏輯 NOT操作給出一個新的布林運算式的操作

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() + ")";    }}

　　環境(Context)類定義出從變數到布爾值的一個映射

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();    }}

　　用戶端類

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));    }}

　　運行結果如下：