java设计模式之解释器模式

解释器模式（Interpreter Pattern）

1.基本介绍

在编译原理中，一个算术表达式通过词法分析器形成词法单远，而这些词法单远再通过语法分析器构建语法分析树，最终形成一颗抽象的语法分析树，（词法分析器和语法分析器都可以看做是解释器）
解释器模式是指给定一个语言（表达式），定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，使用该解释器来解释语言中的句子（表达式）。

2.应用场景

可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。
一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来表达。
一个简单语法需要解释的场景（比如编译器，运算表达式计算，正则表达式，机器人）。

3.解释器原理类图

说明： 1. Context:是环境角色，含有解释器之外的全局信息。
2. AbstractExpression：抽象表达式，声明一个抽象的解释操作，这个方法为抽象语法树中所有的节点所共享。
3. TerminalExpression: 为终结符表达式，实现与文法中的终结符相关的解释操作。
4. NonTermialExpression:为非终结符表达式，为文法中的非终结符实现解释操作。
5. 输入（Context he TerminalExpression）信息通过Client 输入即可。

4.四则运算问题

通过解释器模式来实现四则运算，如计算a+b-c的值，具体要求

先输入表达式的形式，比如a+b+c-d+e ,要求表达式的字母不能重复。
在分别输入a,b,c,d,e的值。
最后求出结果：如图：

5.解释器模式来实现四则

要求：计算a+b-c的值
类图分析
代码实现

/*** 抽象类表达式，通过HashMap 键值对, 可以获取到变量的值*/
public abstract class Expression {// a + b - c// 解释公式和数值, key 就是公式(表达式) 参数[a,b,c], value就是就是具体值// HashMap {a=10, b=20}public abstract int interpreter(HashMap<String, Integer> var);
}public class Calculator {// 定义表达式private Expression expression;// 构造函数传参，并解析public Calculator(String expStr) { // expStr = a+b// 安排运算先后顺序Stack<Expression> stack = new Stack<>();// 表达式拆分成字符数组 char[] charArray = expStr.toCharArray();// [a, +, b]Expression left = null;Expression right = null;//遍历我们的字符数组， 即遍历  [a, +, b]//针对不同的情况，做处理for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {switch (charArray[i]) {case '+': //left = stack.pop();// 从stack取出left => "a"right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));// 取出右表达式 "b"stack.push(new AddExpression(left, right));// 然后根据得到left 和 right 构建 AddExpresson加入stackbreak;case '-': // left = stack.pop();right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));stack.push(new SubExpression(left, right));break;default: //如果是一个 Var 就创建要给 VarExpression 对象，并push到 stackstack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));break;}}//当遍历完整个 charArray 数组后，stack 就得到最后Expressionthis.expression = stack.pop();}public int run(HashMap<String, Integer> var) {//最后将表达式a+b和 var = {a=10,b=20}//然后传递给expression的interpreter进行解释执行return this.expression.interpreter(var);}
}/*** 减法解释器*/
public class SubExpression extends SymbolExpression {public SubExpression(Expression left, Expression right) {super(left, right);}//求出left 和 right 表达式相减后的结果public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);}
}/*** 加法解释器*/
public class AddExpression extends SymbolExpression  {public AddExpression(Expression left, Expression right) {super(left, right);}//处理相加//var 仍然是 {a=10,b=20}..//一会我们debug 源码,就okpublic int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {//super.left.interpreter(var) ： 返回 left 表达式对应的值 a = 10//super.right.interpreter(var): 返回right 表达式对应值 b = 20return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var);}
}/*** 变量的解释器*/
public class VarExpression extends Expression {private String key; // key=a,key=b,key=cpublic VarExpression(String key) {this.key = key;}// var 就是{a=10, b=20}// interpreter 根据 变量名称，返回对应值@Overridepublic int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {return var.get(this.key);}
}public class ClientTest {public static void main(String[] args) throws IOException {// TODO Auto-generated method stubString expStr = getExpStr(); // a+bHashMap<String, Integer> var = getValue(expStr);// var {a=10, b=20}Calculator calculator = new Calculator(expStr);System.out.println("运算结果：" + expStr + "=" + calculator.run(var));}// 获得表达式public static String getExpStr() throws IOException {System.out.print("请输入表达式：");return (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();}// 获得值映射public static HashMap<String, Integer> getValue(String expStr) throws IOException {HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();for (char ch : expStr.toCharArray()) {if (ch != '+' && ch != '-') {if (!map.containsKey(String.valueOf(ch))) {System.out.print("请输入" + String.valueOf(ch) + "的值：");String in = (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();map.put(String.valueOf(ch), Integer.valueOf(in));}}}return map;}
}