自定義語言的實現——直譯器模式（三）

18.3 直譯器模式概述

       直譯器模式是一種使用頻率相對較低但學習難度較大的設計模式，它用於描述如何使用面嚮物件語言構成一個簡單的語言直譯器。在某些情況下，為了更好地描述某一些特定型別的問題，我們可以建立一種新的語言，這種語言擁有自己的表示式和結構，即文法規則，這些問題的例項將對應為該語言中的句子。此時，可以使用直譯器模式來設計這種新的語言。對直譯器模式的學習能夠加深我們對物件導向思想的理解，並且掌握程式語言中文法規則的解釋過程。

       直譯器模式定義如下：

直譯器模式(Interpreter Pattern)：定義一個語言的文法，並且建立一個直譯器來解釋該語言中的句子，這裡的“語言”是指使用規定格式和語法的程式碼。直譯器模式是一種類行為型模式。

       由於表示式可分為終結符表示式和非終結符表示式，因此直譯器模式的結構與組合模式的結構有些類似，但在直譯器模式中包含更多的組成元素，它的結構如圖18-3所示：

圖18-3  直譯器模式結構圖

       在直譯器模式結構圖中包含如下幾個角色：

       ● AbstractExpression（抽象表示式）：在抽象表示式中宣告瞭抽象的解釋操作，它是所有終結符表示式和非終結符表示式的公共父類。

       ● TerminalExpression（終結符表示式）：終結符表示式是抽象表示式的子類，它實現了與文法中的終結符相關聯的解釋操作，在句子中的每一個終結符都是該類的一個例項。通常在一個直譯器模式中只有少數幾個終結符表示式類，它們的例項可以通過非終結符表示式組成較為複雜的句子。

       ● NonterminalExpression（非終結符表示式）：非終結符表示式也是抽象表示式的子類，它實現了文法中非終結符的解釋操作，由於在非終結符表示式中可以包含終結符表示式，也可以繼續包含非終結符表示式，因此其解釋操作一般通過遞迴的方式來完成。

       ● Context（環境類）：環境類又稱為上下文類，它用於儲存直譯器之外的一些全域性資訊，通常它臨時儲存了需要解釋的語句。

       在直譯器模式中，每一種終結符和非終結符都有一個具體類與之對應，正因為使用類來表示每一條文法規則，所以系統將具有較好的靈活性和可擴充套件性。對於所有的終結符和非終結符，我們首先需要抽象出一個公共父類，即抽象表示式類，其典型程式碼如下所示：

abstract class AbstractExpression {        public  abstract void interpret(Context ctx); }

       終結符表示式和非終結符表示式類都是抽象表示式類的子類，對於終結符表示式，其程式碼很簡單，主要是對終結符元素的處理，其典型程式碼如下所示：

class TerminalExpression extends  AbstractExpression {        public  void interpret(Context ctx) {               //終結符表示式的解釋操作        } }

       對於非終結符表示式，其程式碼相對比較複雜，因為可以通過非終結符將表示式組合成更加複雜的結構，對於包含兩個操作元素的非終結符表示式類，其典型程式碼如下：

class NonterminalExpression extends  AbstractExpression {        private  AbstractExpression left;        private  AbstractExpression right;               public  NonterminalExpression(AbstractExpression left,AbstractExpression right) {               this.left=left;               this.right=right;        }               public void interpret(Context ctx) {               //遞迴呼叫每一個組成部分的interpret()方法               //在遞迴呼叫時指定組成部分的連線方式，即非終結符的功能        }      }

       除了上述用於表示表示式的類以外，通常在直譯器模式中還提供了一個環境類Context，用於儲存一些全域性資訊，通常在Context中包含了一個HashMap或ArrayList等型別的集合物件（也可以直接由HashMap等集合類充當環境類），儲存一系列公共資訊，如變數名與值的對映關係（key/value）等，用於在進行具體的解釋操作時從中獲取相關資訊。其典型程式碼片段如下：

class Context {      private HashMap map = new HashMap();      public void assign(String key, String value) {          //往環境類中設值      } public String  lookup(String key) {          //獲取儲存在環境類中的值      } }

       當系統無須提供全域性公共資訊時可以省略環境類，可根據實際情況決定是否需要環境類。

思考 繪製加法/減法直譯器的類圖並編寫核心實現程式碼。

【作者：劉偉    http://blog.csdn.net/lovelion】