一、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；
在软件开发中，会遇到有些问题多次重复出现，而且有一定的相似性和规律性。如果将它们归纳成一种简单的语言，那么这些问题实例将是该语言的一些句子，这样就可以用“编译原理”中的解释器模式来实现了。
二、解释器模式解释器(Interpreter)模式的定义：给分析对象定义一个语言，定义该语言的文法表示，再设计一个解析器来解释语言中的句子。也就是说，用编译语言的方式来分析应用中的实例。这种模式实现了文法表达式处理的接口，该接口解释一个特定的上下文。
他的基本介绍为：
- 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元，而后这些词法单元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。这里的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（Interpreter Pattern）：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)；
他的应用场景有：
- 应用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；
这样的例子还有，比如编译器、运算表达式计算、正则表达式、机器人等；当然他存在的缺点有以下几点：
- 执行效率较低。解释器模式中通常使用大量的循环和递归调用，当要解释的句子较复杂时，其运行速度很慢，且代码的调试过程也比较麻烦。
- 会引起类膨胀。解释器模式中的每条规则至少需要定义一个类，当包含的文法规则很多时，类的个数将急剧增加，导致系统难以管理与维护。
- 可应用的场景比较少。在软件开发中，需要定义语言文法的应用实例非常少，所以这种模式很少被使用到。
解释器模式包含以下主要角色。
- 抽象表达式（Abstract expression）角色：定义解释器的接口，约定解释器的解释操作，主要包含解释方法 interpret()。
- 终结符表达式（Terminal expression）角色：是抽象表达式的子类，用来实现文法中与终结符相关的操作，文法中的每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。
- 非终结符表达式（Nonterminal expression）角色：也是抽象表达式的子类，用来实现文法中与非终结符相关的操作，文法中的每条规则都对应于一个非终结符表达式。
- 环境（Context）角色：通常包含各个解释器需要的数据或是公共的功能，一般用来传递被所有解释器共享的数据，后面的解释器可以从这里获取这些值。
- 客户端（Client）：主要任务是将需要分析的句子或表达式转换成使用解释器对象描述的抽象语法树，然后调用解释器的解释方法，当然也可以通过环境角色间接访问解释器的解释方法。
首先定义一个抽象的表达式；
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 var);
}
然后我们这里抽象出来我们的终结表达式，也就是符号表达式，具体代码如下：
public class Varexpression extends expression {
private String key; // key=a,key=b,key=c
public 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
@Override
public int interpreter(HashMap var) {
return var.get(this.key);
}
}
然后就是对应的非终结表达式;
public class Symbolexpression extends expression {
protected expression left;
protected expression right;
public Symbolexpression(expression left, expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
//因为 Symbolexpression 是让其子类来实现，因此 interpreter 是一个默认实现
@Override
public int interpreter(HashMap var) {
// TODO Auto-generated method stub
return 0;
}
}
然后就是具体的解释规则，这里是实现加法跟减法的规则实现；
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 var) {
return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
}
}
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ok
public int interpreter(HashMap 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 = 20
return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var);
}
}
对应的context：
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 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stack
break;
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 stack
stack.push(new Varexpression(String.valueOf(charArray[i])));
break;
}
}
//当遍历完整个 charArray 数组后，stack 就得到最后expression
this.expression = stack.pop();
}
public int run(HashMap 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);
}
}
对应的客户端：
public class ClientTest {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// TODO Auto-generated method stub
String expStr = getExpStr(); // a+b
HashMap 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 getValue(String expStr) throws IOException {
HashMap 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;
}
}
运行结果如下：
"C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151binjava.exe" "-javaagent:C:Program FilesJetBrainsIntelliJ IDEA 2020.2.3libidea_rt.jar=59628:C:Program FilesJetBrainsIntelliJ IDEA 2020.2.3bin" -Dfile.encoding=GBK -classpath "D:yingzistudy源码B站设计模式课件源码笔记课件代码DesignPatternbin;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibcharsets.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibdeploy.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextaccess-bridge-32.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextcldrdata.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextdnsns.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextjaccess.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextjfxrt.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextlocaledata.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextnashorn.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextsunec.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextsunjce_provider.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextsunmscapi.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextsunpkcs11.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibextzipfs.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibjavaws.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibjce.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibjfr.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibjfxswt.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibjsse.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibmanagement-agent.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibplugin.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibresources.jar;C:Program Files (x86)Javajdk1.8.0_151jrelibrt.jar;D:yingzistudy源码B站设计模式课件源码笔记课件代码DesignPatternsrccomatguiguproxycglibasm-commons.jar;D:yingzistudy源码B站设计模式课件源码笔记课件代码DesignPatternsrccomatguiguproxycglibasm-tree.jar;D:yingzistudy源码B站设计模式课件源码笔记课件代码DesignPatternsrccomatguiguproxycglibasm.jar;D:yingzistudy源码B站设计模式课件源码笔记课件代码DesignPatternsrccomatguiguproxycglibcglib-2.2.jar" com.atguigu.interpreter.ClientTest 请输入表达式：a+b+c 请输入a的值：5 请输入b的值：6 请输入c的值：9 运算结果：a+b+c=20 Process finished with exit code 02.3解释器模式的注意事项和实现细节
- 当有一个语言需要解释执行，可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树，就可以考虑使用解释器模式，让程序具有良好的扩展性；
- 应用场景：编译器、运算表达式计算、正则表达式、机器人等；
- 使用解释器可能带来的问题：解释器模式会引起类膨胀、解释器模式采用递归调用方法，将会导致调试非常复杂、效率可能降低.
