21.设计模式--解释器模式(Interperter模式)
21.设计模式--解释器模式(Interperter模式)
1.定义
解释器模式是一种行为型模式，工作中基本上是用不到的，他的作用就是给定一个语言，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。
现在有一个需求，大概就是计算器，首先给定一个公式，然后输入对应的值计算出最终的结果，公式不复杂，只能支持+和-操作。例如：输入a+b-c，100、200、100，然后计算结果为200。其中我们输入的a+b-c实际上可以理解为是另一种语言，那么此时就需要一个解释器进行语法解释，并计算结果。
现在需求有了我们分析一下公式中有哪些元素，其中有运算符以及参与运算的值，而对于解释器来说实际上只需要解释运算符以及参与运算的值即可，当然运算符可能又存在各种不同的运算符。例如加和减实际上对应的计算规则是不同的。
2.解释器模式结构图
VarExpression 用来解析运算的值，各个公式的运算元素的数量是不同的，每个运 算元素对应了一个 VarExpression 对象，SybmolExpression 是负责运算符号解析的，分别有两个子类 AddExpression（负责加法运算）和 SubExpression（负责减法运算）来实现。
Calculator类用于安排运算的先后顺序（加减法是不用考虑，但是乘除法呢？注意扩展性），并且还要返回结果，因此 我们需要增加一个封装类来处理进行封装，由于我们只作运算，暂时还不与业务有挂钩。
3.解释器模式实现
Expression抽象类，只是定义了一个方法interpreter方法用于进行计算，当然计算的逻辑由子类去实现，而参数HashMap中存放的key就是公式中的参数，例如a、b、c而value则代表的是对用的参数具体的值。
public abstract class Expression {
//解析公式和数值,其中var中的key值是是公式中的参数，如a、b、c，value值是具体的数字
public abstract int interpreter(HashMap<String,Integer> var);
}VarExpression是Expression的具体实现，用于解析公式中的具体运算值，如a、b、c具体对应的值是多少，当然具体的值就是通过key从HashMap中进行获取的。
public class VarExpression extends Expression {
private String key;
public VarExpression(String key) {
this.key = key;
}
//从map中取之
@Override
public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
return var.get(this.key);
}
}SymbolExpression也是Expression的具体实现，用于解析公式运算符，当然对于运算符来说肯定需要知道左边是谁和右边是谁，不然怎么进行计算呢。
public abstract class SymbolExpression extends 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;
}
}AddExpression是具体的运算符解析器，是对SymbolExpression的具体实现，对于SymbolExpression来说只需要定义运算的左右两部分，而实际要加还是要减是子类来做的，所以AddExpression就是将左右两部分进行相加。
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
@Override
public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
return left.interpreter(var) + right.interpreter(var);
}
}而是说SubExpression则是将运算符的左右部分做减法。
public class SubExpression extends SymbolExpression {
public SubExpression(Expression left, Expression right) {
super(left, right);
}
//左右两个表达式相减
@Override
public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) {
return left.interpreter(var) - right.interpreter(var);
}
}Calculator构造函数接受一个表达式，然后把表达式转化为 char 数组， 并判断运算符号，如果是“+”则调用AddExpression，把左边的数（left 变量）和右边的数（right 变量）放入AddExpression。并且存放到Stack(栈)中。
那左边的数为什么是在堆栈中呢？原因是因为放入栈中是为了让计算有先后顺序，例如a+b-c，如果栈中已经有了a+b的AddExpression，那么如果再减法的时候应该是(a+b)作为左边，而c作为右边放入SubExpression。
public class Calculator {
//定义的表达式
private Expression expression;
//构造函数传参,并解析
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
//拿到加法的左边值,如a+b-c,拿到a
left = stack.pop();
//拿到加法的右边值,如a+b-c,拿到b
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
//将做加法的实体存入栈中
stack.push(new AddExpression(left, right));
break;
case '-':
//拿到减法的左边值,如a+b-c,拿到(a+b)
left = stack.pop();
//拿到减法的右边值,如a+b-c,拿到c
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
//将做减法的实体存入栈中
stack.push(new SubExpression(left, right));
break;
default: //公式中的变量，即a或b或c
stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
}
}
//将需要计算的实体取出来，如a+b-c，则拿到(a+b)的实体和(a+b)-c的实体
this.expression = stack.pop();
}
//开始运算
public int run(HashMap<String, Integer> var) {
return this.expression.interpreter(var);
}
}Test类来模拟用户情况，用户要求可以扩展，可以修改公式，那就通过接受键盘事件来处理，Client 类的源代码如下。
public class Test {
//运行四则运算
public static void main(String[] args) throws IOException {
String expStr = getExpStr();
//赋值
HashMap<String,Integer> var = getValue(expStr);
Calculator cal = new Calculator(expStr);
System.out.println("运算结果为："+expStr +"="+cal.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 exprStr) throws
IOException {
HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
//解析有几个参数要传递
for (char ch : exprStr.toCharArray()) {
if (ch != '+' && ch != '-') {
if (!map.containsKey(String.valueOf(ch))) { //解决重复参数的问题
System.out.print("请输入" + ch + "的值:");
String in = (new BufferedReader(new
InputStreamReader(System.in))).readLine();
map.put(String.valueOf(ch), Integer.valueOf(in));
}
}
}
return map;
}
}请输入表达式：a+b-c
请输入a的值:100
请输入b的值:200
请输入c的值:20
运算结果为：a+b-c=280解释器模式中的角色
AbstractExpression（抽象解释器），具体的解释任务由各个实现类完成。
concreteExpression(具体的解释器)具体的解释器分为两大类：TerminalExpression：终结符表达式，实现与文法中的元素相关联的解释操作，通常一个解释器模式 中只有一个终结符表达式，但有多个实例，对应不同的终结符。具体到我们例子就是 VarExpression 类， 表达式中的每个终结符都在堆栈中产生了一个 VarExpression 对象。 NonterminalExpression(非终结符表达式)，文法中的每条规则对应一个非终结表达式，具体到我们的 例子就是加减法规则分别对应到 AddExpression 和 SubExpression 两个类。非终结符表达式根据逻辑的复 杂程度而增加，原则上每个文法规则都对应一个非终结符表达式。 Context(环境角色)，具体到我们的例子中是采用 HashMap 代替。
参考文献《设计模式之禅》
代码获取地址:https://gitee.com/bughong/design-pattern