设计模式读书笔记之解释器模式(Interpreter pattern)

解释器模式: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。
由定义来看,解释器模式就是一个不常用的模式,但是学习一下也没有坏处.
我第一次听到解释器模式的时候想到的东西就是命令行(CMD)解释器,这就是典型的望文生义.但是解释器模式也没有想象中的复杂, 先举两个例子来对解释器模式建立一个大体的印象.第一个是: 早期的手机中都有一个铃声编辑器, 你可以自己输入1 2 3 4 5 6 7 等来编辑一个铃声,手机中一定有一个程序来读取你编辑的文件,然后按照一定的发音规则来播放它们. 那么这个播放程序就是一个解释器, 输入的乐谱就是就是音乐的文法表示. 另一个例子: 银行经常要用复杂而变化的模型来计算数据, 比如(1+r)^n*c, (r=Rate, n=Years, c=Capital)这个公示就是计算一笔存款存n年之后的的总额.如果说这个公式比较固定不变, 那么我们写一个函数/方法就搞定了, 但是如果随着银行产品种类的增多, 业务种类的增多, 公式将会多种多样,已经不再可能用函数来应对需求的变化,于是可以有一个公式编辑器,程序通过解析公式,然后给公式的参数赋值就可以应对需求. 那么这个程序就是一个解释器.
以一个简单的模型公式为例实现一个解释器. (这个例子也是我在网上看到一个网友秦小波给出的, 我觉得非常好. 他后来把23种设计模式的读书笔记写成一本书, 而且已经出版了, 书名我不说,以免有做广告之嫌,大家可以看这个链接,http://www.javaeye.com/topic/372233, 里面有pdf文档) . 要求指定参与运算的元素(如a,b,c),然后输入公式即可计算出结果. 为了演示的方便,只考虑加减法.

如果一个系统中参与运算的元素为a,b,c,d ... 当然这些元素背后对应的物理意义或者业务意义我们就不细追究. 客户端指定一个公式,如 a+b-c, a+b+c-d, 就可以计算出结果.

 先看一个类图:



VarExpression用来解析运算元素, 如a,b,c, VarExpression的工作比较简单, 它只需要简单的获得元素的值即可, SybmolExpression用来解析运算符, 它有两个子类分别解析加法符号和减法符号, AddExpression, SubExpression. SybmolExpression要稍微复杂一点, SybmolExpression要先获得操作符左面的值和右面的值,然后才能获得结果. 我们需要增加一个封装类来处理进行封装,定义为Calculator.

package designpattern.intpreter;
import java.util.HashMap;

public interface Expression {
public int interprete(HashMap<String,Integer> var);
}
//////////////////////////
package designpattern.intpreter;

import java.util.HashMap;

public class VarExpression implements Expression{
private String key;
public VarExpression(String key){
this.key = key;
}

public int interprete(HashMap<String,Integer> var) {
return (Integer)var.get(this.key);
}
}
////////////////////////////
package designpattern.intpreter;

public abstract class SymbolExpression implements Expression {
protected Expression left;
protected Expression right;

// 所有的解析公式都应只关心自己左右两个表达式的结果
public SymbolExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
}
//////////////////////////////////
package designpattern.intpreter;

import java.util.HashMap;

public class AddExpression extends SymbolExpression {
public AddExpression(Expression _left, Expression _right) {
super(_left, _right);
}

// 把左右两个表达式运算的结果加起来
public int interprete(HashMap<String, Integer> var) {
return super.left.interprete(var) + super.right.interprete(var);
}
}
///////////////////////////////////
package designpattern.intpreter;

import java.util.HashMap;

public class SubExpression extends SymbolExpression {
public SubExpression(Expression _left, Expression _right) {
super(_left, _right);
}

// 左右两个表达式相减
public int interprete(HashMap<String, Integer> var) {
return super.left.interprete(var) - super.right.interprete(var);
}

}
////////////////////////////
package designpattern.intpreter;
import java.util.HashMap;
import java.util.Stack;

public class Calculator {
private Expression expression;
public Calculator(String expStr) {
// 定义一个堆栈，安排运算的先后顺序
Stack<Expression> stack = new Stack<Expression>();
// 表达式拆分为字符数组
char[] charArray = expStr.toCharArray();
// 运算
Expression left = null;
Expression right = null;
for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
switch (charArray[i]) {
case '+': // 加法
// 加法结果放到堆栈中
left = stack.pop();
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
stack.push(new AddExpression(left, right));
break;
case '-':
left = stack.pop();
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
stack.push(new SubExpression(left, right));
break;
default: // 公式中的变量
stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
}
}
// 把运算结果抛出来
this.expression = stack.pop();
}

// 开始运算
public int run(HashMap<String, Integer> var) {
return this.expression.interprete(var);
}
}
//////////////////////////////
//测试用例
package designpattern.intpreter;
import java.util.HashMap;

public class Client {
public static void main(String[] args){
//构造运算元素的值列表
HashMap<String, Integer> ctx = new HashMap<String, Integer>();
ctx.put("a", 10);
ctx.put("b", 20);
ctx.put("c", 30);
ctx.put("d", 40);
ctx.put("e", 50);
ctx.put("f", 60);
Calculator calc = new Calculator("a+b-c");
int result = calc.run(ctx);
System.out.println("Result of a+b-c: " + result);
calc = new Calculator("d-a-b+c");
result = calc.run(ctx);
System.out.println("Result of d-a-b+c: " + result);
}
}

通过这里例子, 再回头看解释器模式的定义: 给定一种语言, 本例中就是一个简单的加减运算. 定义一种文法表示, 本例中就是指定的参与运算的元素(abcdef)以及运算符(+-),以及由它们构造而成的公式. 给定一个解释器来解释语言中的句子: 本例中的解释器是多个类的组合,包括Calculator和Expression.

最后给出解释器模式的uml类图, 虽然我觉得这个图没有传达出多少有用的信息.



图中TerminalExpression表示终结符表达式, 实现与文法中的元素相关联的解释操作, 本例中相当于VarExpression. 图中NonterminalExpression是非终结符表达式, 实现与规则相关的文法,如本例中的加法, 减法.

 

经典例子:

JDK中的SimpleDateFormat, 根据你给定的规则(如mm/dd/yyyy, yyyy年MM月dd日),把一个字符串翻译成一个日期.