设计模式-解释器模式

一、解释器模式的核心思想

解释器是一种特殊的设计模式，它建立一个解释器，对于特定的计算机程序设计语言而言，用来解释预先定义的文法。简单地说，解释器模式是一种简单的语法解释器构架。

解释器模式包括如下3类对象。

• 上下文环境类 Context：用来存储解释器的上下文环境，比如需要解释的文法等。
• 解释器接口Expression：定义了语法解释器的接口。
• 解释器具体实现类：对各种语法进行解释的具体实现，如加法Plus、减法Minus、乘法Multiply、除法 Devide。

其结构图如图所示

图中我们设计了4个解释器的实现，用来计算 Context 中两个数字的加、减、乘、除。下面来看具体的实现。

(1) 文法上下文 Context.java用来保存文法的上下文参数，我们这里需要保存两个计算的数值。

package behavior.interpreter;

public class Context {

	private int num1;
	private int num2;

	public Context(int num1, int num2) {
		this.num1 = num1;
		this.num2 = num2;
	}
	
	public int getNum1() {
		return num1;
	}
	
	publie void setNum1(int num1) {
		this.num1 = num1;
	}
	
	public int getNum2() {
		return num2;
	}
	
	publie void setNum2(int num2) {
		this.num2 = num2;
	}
}

(2) 解释器接口 Expression.java 定义了一个根据 Context 上下文进行解释的接口，返回值为整型。

package behavior.interpreter;

public interface Expression {

	public int interpret(Context context);
}

(3) 加法解释器 Plus.java实现了Expression接口，用来计算 Context 上下文中两个数值的和。

package behavior.interpreter;

public class Plus implements Expression {

	public int interpret(Context context){
		return context.getNum1() + context.getNum2();
	}

}

(4) 减法解释器 Minus.java实现了 Expression接口，用来计算 Context上下文中两个数值的差。

package behavior.interpreter;

public class Minus implements Expression {

	public int interpret(Context context){
		return context.getNum1() - context.getNum2();
	}

}

(5) 乘法解释器 Multiply.java 实现了 Expression 接口，用来计算 Context 上下文中两个数值的积。

package behavior.interpreter;

public class Multiply implements Expression {

	public int interpret(Context context){
		return context.getNum1() * context.getNum2();
	}

}

(6) 除法解释器 Devide.java实现了Expression接口，用来计算 Context上下文中两个数值的商。

package behavior.interpreter;

public class Devide implements Expression {

	public int interpret(Context context){
		return context.getNum1() / context.getNum2();
	}

}

接下来我们就可以使用以上的解释器类来计算下面的表达式：

(10+5-3)*2/6 = 4

该表达式要求先计算加、减，再计算乘、除，因此需要按照如下4步进行：

• 先构造10和5的上下文对象，使用Plus.java进行解释得到和。
• 构造上面的和与3的上下文对象，使用Minus.java进行解释得到差。
• 构造上面的差与2的上下文对象，使用Multiply.java进行解释得到积。
• 构造上面的积与3的上下文对象，使用Devide.java进行解释得到商。

其源代码如下程序所示。

package behavior.interpreter;

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		// 计算:(10+5-3)*2/6=4
		int result =
		new Devide().interpret(new Context(
			new Multiply().interpret(new Context(
				new Minus().interpret(new Context(
					new Plus().interpret(new Context( 10, 5))
				3)),
			2)),
		6));
		System.out.printIn("(10+ 5 - 3)* 2 / 6 = " + result);
	}

}

运行该程序的结果如下：

(10+5-3)*2/6 = 4

以上程序只是演示了解释器模式进行文法解释的思路，在实际的开发中，则可以灵活运用，丰富它们的功能。

二、何时使用解释器模式

解释器模式描述了如何构成一个简单的语言解释器，主要应用在使用面向对象语言开发编译器中。在实际应用中，我们可能很少碰到去构造一个语言的文法的情况。因此，解释器模式的适用面比较窄。

三、Java中的应用–Java 正则表达式解释器 Pattern

在编写处理字符串的程序时，经常会有查找符合某些复杂规则的字符串的需要。正则表达式就是用于描述这些规则的工具，也是用来进行文本匹配的工具。比如，你可以编写一个正则表达式，用来查找所有以0开头，后面跟着2~3个数字，然后是一个连字号“-”，最后是7或8位数字的电话号码，比如010-12345678或020-7654321。

JDK 的正则表达式库 java.util.reg 提供了两个类 Pattemn 和 Matcher，用来进行正则表达式的匹配和查找功能。

Pattemn 为字符串的正则表达式，可以直接根据一个正则表达式创建一个 Pattern 实例：

Pattern p = Pattern.compile("a*b"); //正则表达式

然后使用 Pattern 对象获得 Matcher 匹配器对象，创建匹配器后，可以使用它执行3种不同的匹配操作：

• matches()方法尝试将整个输入序列与该模式匹配。
• lookingAt()尝试将输入序列从头开始与该模式匹配。
• find()方法扫描输入序列以查找与该模式匹配的下一个子序列。

每个方法都返回一个表示成功或失败的布尔值。因此，典型的调用顺序是：

Pattern p = Pattern.compile("a*b");  //正则表达式
Matcher m = p.matcher("aaaaab");     //匹配对象
boolean b = m.matches();             //匹配

在仅使用一次正则表达式时，可以方便地通过此类定义matches()方法。此方法编译表达式并在单个调用中将输入序列与其匹配。例如：

boolean b = Pattern.matches("a*b", "aaaaab");

它等效于上面的3个语句，尽管对于重复的匹配而言它效率不高，因为它不允许重用已编译的模式。