Java怎么實(shí)現(xiàn)自定義語(yǔ)言和表達(dá)式解析的解釋器模式

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介紹

Java解釋器模式(Interpreter pattern)是一種行為設(shè)計(jì)模式,它定義了一種語(yǔ)言的語(yǔ)法表示,并定義了解釋器來解釋該語(yǔ)法.

該模式的核心是解釋器(Interpreter), 它定義了一個(gè)表達(dá)式接口和具體的表達(dá)式實(shí)現(xiàn)類.表達(dá)式接口中定義了解釋方法,具體的表達(dá)式實(shí)現(xiàn)類則實(shí)現(xiàn)了該解釋方法,用于對(duì)語(yǔ)法進(jìn)行解釋.

Java解釋器模式包含以下4種角色:

• 抽象表達(dá)式(Abstract Expression):定義了一個(gè)解釋器需要實(shí)現(xiàn)的接口,通常包含一個(gè)解釋方法(interpreter)用于解釋表達(dá)式.

• 終結(jié)符表達(dá)式(Terminal Expression):實(shí)現(xiàn)了抽象表達(dá)式接口的解釋方法,用于解釋語(yǔ)言種的終結(jié)符,例如變量,常量等.

• 非終結(jié)符表達(dá)式(Non-Terminal Expression):實(shí)現(xiàn)了抽象表達(dá)式接口的解釋方法,通常由多個(gè)終結(jié)符表達(dá)式組合而成,用于解釋語(yǔ)言中的非終結(jié)符,例如算數(shù)運(yùn)算符,邏輯運(yùn)算符等.

• 環(huán)境(Context):包含需要解釋的語(yǔ)言的上下文信息,例如變量,常量等.在解釋器模式中,環(huán)境對(duì)象通常作為參數(shù)傳遞給解釋器對(duì)象.

實(shí)現(xiàn)

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,用于解釋加法和減法的表達(dá)式

抽象表達(dá)式

public interface Expression {
    /**
     * 解釋表達(dá)式
     *
     * @return
     */
    int interpreter();
}

終結(jié)符表達(dá)式

public class NumberExpression implements Expression{
    private int num;
    public NumberExpression(int num) {
        this.num = num;
    }
    /**
     * 解釋表達(dá)式
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int interpreter() {
        return num;
    }
}

非終結(jié)符表達(dá)式

public class AddExpression implements Expression {
    /**
     * 左表達(dá)式
     */
    private Expression leftExpression;
    /**
     * 右表達(dá)式
     */
    private Expression rightExpression;
    public AddExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }
    /**
     * 解釋表達(dá)式
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int interpreter() {
        return leftExpression.interpreter() + rightExpression.interpreter();
    }
}
public class SubtractExpression implements Expression {
    /**
     * 左表達(dá)式
     */
    private Expression leftExpression;
    /**
     * 右表達(dá)式
     */
    private Expression rightExpression;
    public SubtractExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }
    /**
     * 解釋表達(dá)式
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int interpreter() {
        return leftExpression.interpreter() - rightExpression.interpreter();
    }
}

測(cè)試

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)復(fù)雜表達(dá)式,用于計(jì)算5+3-2+1的結(jié)果
        Expression expression = new AddExpression(
                new SubtractExpression(
                        new AddExpression(
                                new NumberExpression(5), new NumberExpression(3)),
                        new NumberExpression(2)),
                new NumberExpression(1));
        // 使用解釋器模式來解釋表達(dá)式,并輸出計(jì)算結(jié)果
        System.out.println(expression.interpreter());
    }
}

在上面的例子中,我們定義了一個(gè)表達(dá)式接口Expression(抽象表達(dá)式)和兩個(gè)具體的表達(dá)式實(shí)現(xiàn)類AddExpression(非終結(jié)符表達(dá)式)和SubtractExpression(非終結(jié)符表達(dá)式).在AddExpression和SubtractExpression類中,我們分別實(shí)現(xiàn)了interpreter方法,用于解釋加法和減法表達(dá)式,定義了一個(gè)NumberExpression(終結(jié)符表達(dá)式)實(shí)現(xiàn)了Expression的interpreter方法,用于解釋數(shù)字表達(dá)式.在上面示例中沒有顯示地定義環(huán)境對(duì)象,但是通過創(chuàng)建表達(dá)式對(duì)象并組合起來的方式來模擬環(huán)境.

總結(jié)

優(yōu)點(diǎn)

• 可擴(kuò)展性強(qiáng):解釋器模式可以通過擴(kuò)展語(yǔ)言中的表達(dá)式和語(yǔ)法規(guī)則來實(shí)現(xiàn)新的行為.例如:可以添加新的終結(jié)符表達(dá)式和非終結(jié)符表達(dá)式,來實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的語(yǔ)法規(guī)則.

• 易于實(shí)現(xiàn):解釋器模式實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單,只需要實(shí)現(xiàn)抽象表達(dá)式和具體表達(dá)式類即可.

• 易于改變語(yǔ)法規(guī)則:由于解釋器模式將語(yǔ)法規(guī)則表示為對(duì)象,因此可以通過修改解釋器對(duì)象的組合方式來改變語(yǔ)法規(guī)則.

缺點(diǎn)

• 需要大量的類:實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的語(yǔ)言可能需要定義大量的類,這會(huì)增加代碼的復(fù)雜性和維護(hù)成本.

• 可讀性差:由于解釋器模式將語(yǔ)法規(guī)則表示為對(duì)象,因此代碼可讀性可能不太好,尤其是對(duì)于不熟悉該模式的開發(fā)人員.

應(yīng)用場(chǎng)景

• 當(dāng)需要解釋和執(zhí)行特定的語(yǔ)法規(guī)則的語(yǔ)言時(shí),例如數(shù)學(xué)表達(dá)式,正則表達(dá)式等.

• 當(dāng)需要擴(kuò)展語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則時(shí),例如添加新的操作符或命令.

• 當(dāng)需要在代碼中封裝和執(zhí)行復(fù)雜的解釋邏輯時(shí),例如編譯器,解析器等.

注意

盡量不要在重要的模塊中使用解釋器模式,否則維護(hù)會(huì)是一個(gè)很大的問題.在項(xiàng)目中可以使用shell,JRuby,Groovy等腳本語(yǔ)言來代替解釋器模式,彌補(bǔ)Java編譯型語(yǔ)言的不足.

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