自定義語言的實現——解釋器模式(三) – JAVA編程語言程序開發技術文章

18.3 解釋器模式概述
       解釋器模式是一種使用頻率相對較低但學習難度較大的設計模式,它用於描述如何使用面向對象語言構成一個簡單的語言解釋器。在某些情況下,為瞭更好地描述某一些特定類型的問題,我們可以創建一種新的語言,這種語言擁有自己的表達式和結構,即文法規則,這些問題的實例將對應為該語言中的句子。此時,可以使用解釋器模式來設計這種新的語言。對解釋器模式的學習能夠加深我們對面向對象思想的理解,並且掌握編程語言中文法規則的解釋過程。
       解釋器模式定義如下:
解釋器模式(Interpreter Pattern):定義一個語言的文法,並且建立一個解釋器來解釋該語言中的句子,這裡的“語言”是指使用規定格式和語法的代碼。解釋器模式是一種類行為型模式。
       由於表達式可分為終結符表達式和非終結符表達式,因此解釋器模式的結構與組合模式的結構有些類似,但在解釋器模式中包含更多的組成元素,它的結構如圖18-3所示:

圖18-3  解釋器模式結構圖
       在解釋器模式結構圖中包含如下幾個角色:
       ● AbstractExpression(抽象表達式):在抽象表達式中聲明瞭抽象的解釋操作,它是所有終結符表達式和非終結符表達式的公共父類。
       ● TerminalExpression(終結符表達式):終結符表達式是抽象表達式的子類,它實現瞭與文法中的終結符相關聯的解釋操作,在句子中的每一個終結符都是該類的一個實例。通常在一個解釋器模式中隻有少數幾個終結符表達式類,它們的實例可以通過非終結符表達式組成較為復雜的句子。
       ● NonterminalExpression(非終結符表達式):非終結符表達式也是抽象表達式的子類,它實現瞭文法中非終結符的解釋操作,由於在非終結符表達式中可以包含終結符表達式,也可以繼續包含非終結符表達式,因此其解釋操作一般通過遞歸的方式來完成。
       ● Context(環境類):環境類又稱為上下文類,它用於存儲解釋器之外的一些全局信息,通常它臨時存儲瞭需要解釋的語句。
       在解釋器模式中,每一種終結符和非終結符都有一個具體類與之對應,正因為使用類來表示每一條文法規則,所以系統將具有較好的靈活性和可擴展性。對於所有的終結符和非終結符,我們首先需要抽象出一個公共父類,即抽象表達式類,其典型代碼如下所示:
abstract class AbstractExpression {
       public  abstract void interpret(Context ctx);
}
       終結符表達式和非終結符表達式類都是抽象表達式類的子類,對於終結符表達式,其代碼很簡單,主要是對終結符元素的處理,其典型代碼如下所示:
class TerminalExpression extends  AbstractExpression {
       public  void interpret(Context ctx) {
              //終結符表達式的解釋操作
       }
}
       對於非終結符表達式,其代碼相對比較復雜,因為可以通過非終結符將表達式組合成更加復雜的結構,對於包含兩個操作元素的非終結符表達式類,其典型代碼如下:
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) {
              //遞歸調用每一個組成部分的interpret()方法
              //在遞歸調用時指定組成部分的連接方式,即非終結符的功能
       }    
}
       除瞭上述用於表示表達式的類以外,通常在解釋器模式中還提供瞭一個環境類Context,用於存儲一些全局信息,通常在Context中包含瞭一個HashMap或ArrayList等類型的集合對象(也可以直接由HashMap等集合類充當環境類),存儲一系列公共信息,如變量名與值的映射關系(key/value)等,用於在進行具體的解釋操作時從中獲取相關信息。其典型代碼片段如下:
class Context {
     private HashMap map = new HashMap();
     public void assign(String key, String value) {
         //往環境類中設值
     }
public String  lookup(String key) {
         //獲取存儲在環境類中的值
     }
}
       當系統無須提供全局公共信息時可以省略環境類,可根據實際情況決定是否需要環境類。

作者:劉偉

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