设计模式 - interpreter
interpreter模式在GOF中的定义是：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，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。
定义看起来是非常晦涩。简单来讲，解释器模式通常用于处理特定格式的问题表示，通过定义解释器，能够解释该问题问题表示。例如我们工作过程中遇到的公式计算，公式可以看做是一种特定的问题表示，它具有通用性，正确的公式就应该被正确解析。如公式a+b+c，解释器模式就是要能够处理形如此种的文法，且能够提供相当的扩展性，如支持*,/功能等。
解释器在项目中使用较少，它多用于框架和工具类的开发，类图如下：
- AbstractExpression 抽象解释器
具体的解释任务由各个实现类完成，具体的解释器分别由TerminalExpression和NonterminalExpression完成。
- 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于一个非终结表达式，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
优点：
解释器模式的最突出的优点在于其扩展性，修改语法时只要修改相应的解释器就行了，扩展也非常容易，新增解释器即可。
缺点：
解释器会引起类膨胀，如果语法不断扩展，我们必须新增解释器，这样无可避免的导致类的膨胀；另外，解释器模式使用递归计算，这必然导致效率低下。
最佳实践：
解释器模式在实际使用中非常少，因其会导致性能和维护问题，一般它只会出现在数据分析报表设计等使用场景。对于平时的应用时，可以考虑已有的Expression4J、MESP（Math Expression String Parser）、Jep等开源的解析工具包，避免自己开发。
下面给出一个通过解释器实现四则运算的例子（http://www.cnblogs.com/cbf4life/archive/2009/12/17/1626125.html）
抽象表达式类：提供统一的接口
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
import java.util.Map;
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，value值是具体的数字
public abstract int interpreter(Map<String, Integer> var);
}
抽象符号表达式类：
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
public abstract class SymbolExpression extends Expression{
protected Expression left;
protected Expression right;
//所有解析公式应该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;
}
}
加法解析器：
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
import java.util.Map;
public class AddExpression extends SymbolExpression {
public AddExpression(Expression left, Expression right) {
super(left, right);
}
@Override
public int interpreter(Map<String, Integer> var) {
return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var);
}
}
减法解析器：
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
import java.util.Map;
public class SubExpression extends SymbolExpression {
public SubExpression(Expression left, Expression right) {
super(left, right);
}
@Override
public int interpreter(Map<String, Integer> var) {
return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var);
}
}
变量解析器：
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
import java.util.Map;
public class VarExpression extends Expression{
private String key;
public VarExpression(String key)
{
this.key = key;
}
@Override
public int interpreter(Map<String, Integer> var) {
return var.get(this.key);
}
}
解析器封装类：（实现运算逻辑）
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
import java.util.Map;
import java.util.Stack;
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
// 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 '-'://公式中的变量
left = stack.pop();
right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
stack.push(new SubExpression(left, right));
break;
default:
stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
}
}
this.expression = stack.pop();
}
//开始运算
public int run(Map<String, Integer> var)
{
return this.expression.interpreter(var);
}
}
驱动测试类：
package com.inspur.jiyq.designpattern.interpreter;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class Client {
// 运行四则运算
public static void main(String[] args) throws IOException {
String expStr = getExpStr();
// 赋值
Map<String, Integer> var = getValue(expStr);
Calculator cal = new Calculator(expStr);
System.out.println("运算结果为：" + expStr + "=" + cal.run(var));
}
public static String getExpStr() throws IOException {
System.out.println("请输入表达式:");
return (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)))
.readLine();
}
// 获得值映射
public static Map<String, Integer> getValue(String exprStr)
throws IOException {
Map<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 != '-') {
// 解决重复参数的问题
if (!map.containsKey(String.valueOf(ch))) {
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;
}
}
