怎么在Java中利用解释器模式实现定义一种语言

怎么在Java中利用解释器模式实现定义一种语言？相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。

一 模式定义

解释器模式：就是给定一个语言的文法表示，并且定义一个解释器，用来解释语言中的句子。解释器模式描述了怎样在有了一个简单的文法后，使用模式设计解释这些语句。

二 模式举例

1 模式分析

我们自己设计一种语言来说明这一模式

（1）该语言区分大小写
（2）该语言以PROGRAM开头，END结尾
（3）PRINTLN表示打印一行并换行
（4）使用FOR…FROM…TO…END表示循环

示例语言内容如下：

PROGRAM PRINTLN start... FOR i FROM 90 TO 100 PRINTLN i END PRINTLN end...END

该句表示的意思是：首先打印“start…”换行，然后循环打印“90”换行、“91”换行、……“100”换行，最后打印“end…”换行。

2 该语言解释树结构

3 该语言解释器活动图

4 代码示例

4.1 创建上下文环境——Context

package com.demo.interpreter.context;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.StringTokenizer;
/**
 * 上下文环境
 *
 * @author
 *
 */
public class Context {
  // 待解析的文本内容
  private final StringTokenizer stringTokenizer;
  // 当前命令
  private String currentToken;
  // 用来存储动态变化信息内容
  private final Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>();
  /**
   * 构造方法设置解析内容
   *
   * @param text
   */
  public Context(String text) {
    // 使用空格分隔待解析文本内容
    this.stringTokenizer = new StringTokenizer(text);
  }
  /**
   * 解析文本
   */
  public String next() {
    if (this.stringTokenizer.hasMoreTokens()) {
      currentToken = this.stringTokenizer.nextToken();
    } else {
      currentToken = null;
    }
    return currentToken;
  }
  /**
   * 判断命令是否正确
   *
   * @param command
   * @return
   */
  public boolean equalsWithCommand(String command) {
    if (command == null || !command.equals(this.currentToken)) {
      return false;
    }
    return true;
  }
  /**
   * 获得当前命令内容
   *
   * @return
   */
  public String getCurrentToken() {
    return this.currentToken;
  }
  /**
   * 获得节点的内容
   *
   * @return
   */
  public String getTokenContent(String text) {
    String str = text;
    if (str != null) { // 替换map中的动态变化内容后返回 Iterator<String>
      // 替换map中的动态变化内容后返回
      Iterator<String> iterator = this.map.keySet().iterator();
      while (iterator.hasNext()) {
        String key = iterator.next();
        Object obj = map.get(key);
        str = str.replaceAll(key, obj.toString());
      }
    }
    return str;
  }
  public void put(String key, Object value) {
    this.map.put(key, value);
  }
  public void clear(String key) {
    this.map.remove(key);
  }
}

4.2 表达式接口——IExpressions

package com.demo.interpreter.express;
import com.demo.interpreter.context.Context;
/**
 *
 * 表达式接口
 *
 * @author
 *
 */
public interface IExpressions {
  /**
   * 解析
   *
   * @param context
   */
  public void parse(Context context);
  /**
   * 执行方法
   *
   * @param context
   */
  public void interpret();
}

4.3 主表达式——ProgramExpression

package com.demo.interpreter.express;
import com.demo.interpreter.context.Context;
/**
 * program 表达式
 *
 * @author
 *
 */
public class ProgramExpression implements IExpressions {
  // 上下文环境
  private final Context context;
  // 当前命令
  private final static String COMMAND = "PROGRAM";
  // 存储下一个表达式引用
  private IExpressions expressions;
  /**
   * 构造方法将待解析的内容传入
   *
   * @param text
   */
  public ProgramExpression(String text) {
    this.context = new Context(text);
    this.parse(this.context);
  }
  @Override
  public void parse(Context context) {
    // 获取第一个命令节点
    this.context.next();
  }
  /**
   * 实现解释方法
   */
  @Override
  public void interpret() {
    // 判断是否是以PROGRAM 开始
    if (!this.context.equalsWithCommand(COMMAND)) {
      System.out.println("The '" + COMMAND + "' is Excepted For Start!");
    } else {
      // 是以PROGRAM 开始
      this.context.next();
      this.expressions = new ListExpression();
      this.expressions.parse(this.context);
      // ListExpression表达式开始解析
      this.expressions.interpret();
    }
  }
}

4.4 列表表达式——ListExpression

package com.demo.interpreter.express;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import com.demo.interpreter.context.Context;
/**
 * 列表表达式
 *
 * @author
 *
 */
public class ListExpression implements IExpressions {
  private Context context;
  private final ArrayList<IExpressions> list = new ArrayList<IExpressions>();
  /**
   * 构造方法将待解析的context传入
   *
   * @param context
   */
  public void parse(Context context) {
    this.context = context;
    // 在ListExpression解析表达式中,循环解释语句中的每一个单词,直到终结符表达式或者异常情况退出
    while (true) {
      if (this.context.getCurrentToken() == null) {
        // 获取当前节点如果为 null 则表示缺少END表达式
        System.out.println("Error: The Experssion Missing 'END'! ");
        break;
      } else if (this.context.equalsWithCommand("END")) {
        this.context.next();
        // 解析正常结束
        break;
      } else {
        // 建立Command 表达式
        IExpressions expressions = new CommandExperssion(this.context);
        // 添加到列表中
        list.add(expressions);
      }
    }
  }
  /**
   * 实现解释方法
   */
  @Override
  public void interpret() {
    // 循环list列表中每一个表达式 解释执行
    Iterator<IExpressions> iterator = list.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
      (iterator.next()).interpret();
    }
  }
}

4.5 命令表达式——CommandExperssion

package com.demo.interpreter.express;
import com.demo.interpreter.context.Context;
/**
 * 命令表达式
 *
 * @author
 *
 */
public class CommandExperssion implements IExpressions {
  private final Context context;
  private IExpressions expressions;
  /**
   * 构造方法将待解析的context传入
   *
   * @param context
   */
  public CommandExperssion(Context context) {
    this.context = context;
    this.parse(this.context);
  }
  public void parse(Context context) {
    // 判断当前命令类别 在此只对For和最原始命令进行区分
    if (this.context.equalsWithCommand("FOR")) {
      // 创建For表达式进行解析
      expressions = new ForExpression(this.context);
    } else {
      // 创建原始命令表达式进行内容解析
      expressions = new PrimitiveExpression(this.context);
    }
  }
  /**
   * 解析内容
   */
  @Override
  public void interpret() {
    // 解析内容
    this.expressions.interpret();
  }
}

4.6 循环表达式——ForExpression

package com.demo.interpreter.express;
import com.demo.interpreter.context.Context;
/**
 * For表达式
 *
 * @author
 *
 */
public class ForExpression implements IExpressions {
  private final Context context;
  // 存储当前索引key值
  private String variable;
  // 存储循环起始位置
  private int start_index;
  // 存储循环结束位置
  private int end_index;
  private IExpressions expressions;
  /**
   * 构造方法将待解析的context传入
   *
   * @param context
   */
  public ForExpression(Context context) {
    this.context = context;
    this.parse(this.context);
  }
  /**
   * 解析表达式
   */
  @Override
  public void parse(Context context) {
    // 首先获取当前节点
    this.context.next();
    while (true) {
      // 判断节点
      if (this.context.equalsWithCommand("FROM")) {
        // 设置开始索引内容
        String nextStr = this.context.next();
        try {
          this.start_index = Integer.parseInt(nextStr);
        } catch (Exception e) {
          System.out
              .println("Error: After 'FROM' Expression Exist Error!Please Check the Format Of Expression is Correct!");
          break;
        }
        // 获取下一个节点
        this.context.next();
      } else if (this.context.equalsWithCommand("TO")) {
        // 设置结束索引内容
        String nextStr = this.context.next();
        try {
          this.end_index = Integer.parseInt(nextStr);
        } catch (Exception e) {
          System.out
              .println("Error: After 'TO' Expression Exist Error!Please Check the Format Of Expression is Correct!");
        }
        this.context.next();
        break;
      } else {
        // 设置当前索引变量内容
        if (this.variable == null) {
          this.variable = this.context.getCurrentToken();
        }
        // 获取下一个节点
        this.context.next();
      }
    }
    // 建立列表表达式
    this.expressions = new ListExpression();
    this.expressions.parse(this.context);
  }
  /**
   * 实现解释方法
   */
  @Override
  public void interpret() {
    // 建立命令表达式
    for (int x = this.start_index; x <= this.end_index; x++) {
      // 设置变量内容
      this.context.put("" + this.variable, x);
      // 执行解释方法
      this.expressions.interpret();
    }
    // 移除使用的临时变量内容
    this.context.clear("" + this.variable);
  }
}

4.7 基础表达式——PrimitiveExpression

package com.demo.interpreter.express;
import com.demo.interpreter.context.Context;
/**
 * 最基础的表达式
 *
 * @author
 *
 */
public class PrimitiveExpression implements IExpressions {
  private Context context;
  // 节点名称
  private String tokenName;
  // 文本内容
  private String text;
  /**
   * 构造方法将待解析的context传入
   *
   * @param context
   */
  public PrimitiveExpression(Context context) {
    this.parse(context);
  }
  @Override
  public void parse(Context context) {
    this.context = context;
    this.tokenName = this.context.getCurrentToken();
    this.context.next();
    if ("PRINTLN".equals(this.tokenName)) {
      this.text = this.context.getCurrentToken();
      this.context.next();
    }
  }
  /**
   * 实现解释方法
   */
  @Override
  public void interpret() {
    // 首先获取当前节点内容
    if ("PRINTLN".equals(tokenName)) {
      // 获得内容信息
      // 打印内容
      System.out.println(this.context.getTokenContent(this.text));
    }
  }
}

4.8 让语言解释器开始工作——Client

package com.demo.interpreter;
import com.demo.interpreter.express.IExpressions;
import com.demo.interpreter.express.ProgramExpression;
/**
 * 主应用程序
 *
 * @author
 *
 */
public class Client {
  /**
   * @param args
   */
  public static void main(String[] args) {
    // myida语言语句
    String str = "PROGRAM PRINTLN start... FOR i FROM 90 TO 100 PRINTLN i END PRINTLN end... END";
    System.out.println("str:" + str);
    // 创建PROGRAM表达式
    IExpressions expressions = new ProgramExpression(str);
    // 解释执行
    expressions.interpret();
  }
}

5 运行结果

str:PROGRAM PRINTLN start... FOR i FROM 90 TO 100 PRINTLN i END PRINTLN end... END
start...
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
end...

三 设计原则

1 “开-闭”原则

2 封闭变化原则

四 使用场合

（1）一种特定类型的问题发生的频率足够高，并且业务规则频繁变化，不断重复出现类似情况。

（2）业务规则不是过于复杂烦琐，比较容易抽象出语法规则。

（3）效率不是软件系统中主要考虑的因素。

五 解释器模式静态类图

看完上述内容，你们掌握怎么在Java中利用解释器模式实现定义一种语言的方法了吗？如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容，欢迎关注亿速云行业资讯频道，感谢各位的阅读！