直譯器模式(轉載)
在閻巨集博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述直譯器(Interpreter)模式的:
直譯器模式是類的行為模式。給定一個語言之後,直譯器模式可以定義出其文法的一種表示,並同時提供一個直譯器。客戶端可以使用這個直譯器來解釋這個語言中的句子。
直譯器模式的結構
下面就以一個示意性的系統為例,討論直譯器模式的結構。系統的結構圖如下所示:
模式所涉及的角色如下所示:
(1)抽象表示式(Expression)角色:宣告一個所有的具體表達式角色都需要實現的抽象介面。這個介面主要是一個interpret()方法,稱做解釋操作。
(2)終結符表示式(Terminal Expression)角色:
(3)非終結符表示式(Nonterminal Expression)角色:文法中的每一條規則都需要一個具體的非終結符表示式,非終結符表示式一般是文法中的運算子或者其他關鍵字,比如公式R=R1+R2中,“+"就是非終結符,解析“+”的直譯器就是一個非終結符表示式。
(4)環境(Context)角色:這個角色的任務一般是用來存放文法中各個終結符所對應的具體值,比如R=R1+R2,我們給R1賦值100,給R2賦值200。這些資訊需要存放到環境角色中,很多情況下我們使用Map來充當環境角色就足夠了。
為了說明直譯器模式的實現辦法,這裡給出一個最簡單的文法和對應的直譯器模式的實現,這就是模擬Java語言中對布林表示式進行操作和求值。
在這個語言中終結符是布林變數,也就是常量true和false。非終結符表示式包含運算子and,or和not等布林表示式。這個簡單的文法如下:
Expression ::= Constant | Variable | Or | And | Not
And ::= Expression 'AND' Expression
Or ::= Expression 'OR' Expression
Not ::= 'NOT' Expression
Variable ::= 任何識別符號
Constant ::= 'true' | 'false'
直譯器模式的結構圖如下所示:
原始碼
抽象表示式角色
public abstract class Expression { /** * 以環境為準,本方法解釋給定的任何一個表示式 */ public abstract boolean interpret(Context ctx); /** * 檢驗兩個表示式在結構上是否相同 */ public abstract boolean equals(Object obj); /** * 返回表示式的hash code */ public abstract int hashCode(); /** * 將表示式轉換成字串 */ public abstract String toString(); }
一個Constant物件代表一個布林常量
public class Constant extends Expression{ private boolean value; public Constant(boolean value){ this.value = value; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Constant){ return this.value == ((Constant)obj).value; } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return value; } @Override public String toString() { return new Boolean(value).toString(); } }
一個Variable物件代表一個有名變數
public class Variable extends Expression { private String name; public Variable(String name){ this.name = name; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Variable) { return this.name.equals( ((Variable)obj).name); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public String toString() { return name; } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return ctx.lookup(this); } }
代表邏輯“與”操作的And類,表示由兩個布林表示式通過邏輯“與”操作給出一個新的布林表示式的操作
public class And extends Expression { private Expression left,right; public And(Expression left , Expression right){ this.left = left; this.right = right; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof And) { return left.equals(((And)obj).left) && right.equals(((And)obj).right); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx); } @Override public String toString() { return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")"; } }
代表邏輯“或”操作的Or類,代表由兩個布林表示式通過邏輯“或”操作給出一個新的布林表示式的操作
public class Or extends Expression { private Expression left,right; public Or(Expression left , Expression right){ this.left = left; this.right = right; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Or) { return this.left.equals(((Or)obj).left) && this.right.equals(((Or)obj).right); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx); } @Override public String toString() { return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")"; } }
代表邏輯“非”操作的Not類,代表由一個布林表示式通過邏輯“非”操作給出一個新的布林表示式的操作
public class Not extends Expression { private Expression exp; public Not(Expression exp){ this.exp = exp; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Not) { return exp.equals( ((Not)obj).exp); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return !exp.interpret(ctx); } @Override public String toString() { return "(Not " + exp.toString() + ")"; } }
環境(Context)類定義出從變數到布林值的一個對映
public class Context { private Map<Variable,Boolean> map = new HashMap<Variable,Boolean>(); public void assign(Variable var , boolean value){ map.put(var, new Boolean(value)); } public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException{ Boolean value = map.get(var); if(value == null){ throw new IllegalArgumentException(); } return value.booleanValue(); } }
客戶端類
public class Client { public static void main(String[] args) { Context ctx = new Context(); Variable x = new Variable("x"); Variable y = new Variable("y"); Constant c = new Constant(true); ctx.assign(x, false); ctx.assign(y, true); Expression exp = new Or(new And(c,x) , new And(y,new Not(x))); System.out.println("x=" + x.interpret(ctx)); System.out.println("y=" + y.interpret(ctx)); System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx)); } }
執行結果如下:
個人總結: 抽象類定義出解釋行為,不同的直譯器根據一定的資訊源(比如表示式)來做出不同的解釋,給出各自的結果。
比如說C語言中的一些語法,不同的編譯器給出不同的解釋,甚至個別編譯器對某些語法不支援還會報異常。