Java设计模式（22）：解释器模式

本文主要是介绍Java设计模式（22）：解释器模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

22，解释器模式（Interpreter）

22.1，问题引入_计算器问题

在界面输入计算表达式，如：a+b+c+d，然后针对每一个元素输入具体值并保存，对该表达式进行填充求值，得到结果
在固有表达式中，如果需要加入新的运算符，如* / （）等，可能会造成功能扩展困难
此时可以考虑引入解释器模式，对运算符等进行隔离，对每一种类型进行单独的解释计算

22.2，基本介绍

在编译原理中，一个算术表达式通过词法分析器形成词法单元，而后这些词法单元再根据语法分析器构建语法分析树，最终形成一颗抽象的语法分析树。这里的词法分析器和语法分析器都可以看成是解释器
解释器模式（Interpreter Pattern）：是指给定一个语言，并定义语言的表达方式。通过定义一个解释器，使用该解释器解释该语言的一种设计
应用场景：编译器；运算表达式计算；正则表达式

22.3，类图

在这里插入图片描述

Expression：解释器模式顶层解释器接口，定义基本的解释方式
VarExpression：标准的解释器具体实现类，进行一些标准数据的解释执行，此处表示计算元素数据
SymbolExpression：非标准的具体解释器顶层抽象类，定义了非标的解释器属性，由具体非标解释器执行，该抽象类聚合解释器顶层接口，可能其他解释器进行递归解释。此处表示计算符号数据
XXXSymbolExpression：非标准的解释器具体类，提供了非标部分数据的具体解释方式，此处包括加法解释和减法解释
Calculator：解释器上下文类，对过程中的基础数据进行存储，此处进行计算及计算元素存储

22.4，代码实现

Expression：顶层解释器接口

package com.self.designmode.interpreter;import java.util.Map;/*** 解释器模式: 实现计算器, 顶层表达式接口* @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:39**/
public interface Expression {int interpreter(Map<String, Integer> dataMap);}

VarExpression：标准解释器类

package com.self.designmode.interpreter;import java.util.Map;/*** 解释器模式: 实现计算器, 元素解释器类* @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:41**/
public class VarExpression implements Expression {private String name;public VarExpression(String name) {this.name = name;}@Overridepublic int interpreter(Map<String, Integer> dataMap) {return dataMap.get(name);}
}

SymbolExpression：非标解释器类顶层抽象类

package com.self.designmode.interpreter;/*** 解释器模式: 实现计算器, 符号解释器类* @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:43**/
public abstract class SymbolExpression implements Expression {/*** 左侧元素解释器*/protected Expression leftExpression;/*** 右侧元素解释器*/protected Expression rightExpression;public SymbolExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {this.leftExpression = leftExpression;this.rightExpression = rightExpression;}}

AddSymbolExpression：具体非标解释器类，加法类

package com.self.designmode.interpreter;import java.util.Map;/*** 解释器模式: 计算器问题, 符号_加法解释器* @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:44**/
public class AddSymbolExpression extends SymbolExpression {public AddSymbolExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {super(leftExpression, rightExpression);}@Overridepublic int interpreter(Map<String, Integer> dataMap) {return super.leftExpression.interpreter(dataMap) + super.rightExpression.interpreter(dataMap);}
}

SubSymbolExpression：具体非标解释器类，减法类

package com.self.designmode.interpreter;import java.util.Map;/*** 解释器模式: 计算器问题, 符号_减法解释器* @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:44**/
public class SubSymbolExpression extends SymbolExpression {public SubSymbolExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {super(leftExpression, rightExpression);}@Overridepublic int interpreter(Map<String, Integer> dataMap) {return super.leftExpression.interpreter(dataMap) - super.rightExpression.interpreter(dataMap);}
}

Calculator：上下文，计算类

package com.self.designmode.interpreter;import java.util.Map;
import java.util.Stack;/*** 解释器模式: 实现计算器, 上下文类_计算器* @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:45**/
public class Calculator {private Expression expression;/*** 解析表达式, 生成解释器表达式, 为后续计算做准备* @param expressionStr 计算器串* @return*/public void parseExpression(String expressionStr) {// 通过一个栈对数据进行存储Stack<Expression> stack = new Stack<>();// 转换表达式为char数组, 没有做复杂处理, 说明问题即可char[] charArray = expressionStr.toCharArray();// 遍历元素组进行处理for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {Expression leftExpression;Expression rightExpression;switch (charArray[i]) {// 加法处理// 遍历到符号, 说明左侧已经处理(不考虑第一位+-)// 取左侧数据, 作为符号处理的左侧表达式// 取右侧元素, 作则符号处理的右侧表达式// 构建符号解释器, 加入栈中case '+':leftExpression = stack.pop();rightExpression = new VarExpression(charArray[++i] + "");stack.push(new AddSymbolExpression(leftExpression, rightExpression));break;// 减法处理// 减法同上case '-':leftExpression = stack.pop();rightExpression = new VarExpression(charArray[++i] + "");stack.push(new SubSymbolExpression(leftExpression, rightExpression));break;// 元素处理// 直接将元素构建表达式添加到栈中default:stack.push(new VarExpression(charArray[i] + ""));}}// 最终生成的抽象语法树expression = stack.pop();}/*** 根据生成的解释器表达式, 计算最终结果* @param dataMap 数组的元素数据* @return 返回最终结果*/public int getValue(Map<String, Integer> dataMap) {// 这部分会是一个递归处理,// 执行该抽象语法树, 生成最终结果return expression.interpreter(dataMap);}}

Client：客户端

package com.self.designmode.interpreter;import org.springframework.expression.Expression;
import org.springframework.expression.spel.standard.SpelExpressionParser;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Scanner;/*** @author PJ_ZHANG* @create 2020-12-17 15:18**/
public class Client {public static void main(String[] args) {
//        Spring提供了一个计算器, 可以直接计算
//        String str = "-1 + 2 * (3 + 4)";
//        SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
//        Expression expression = parser.parseExpression(str);
//        System.out.println(expression.getValue());// 输入表达式, 按a+b-c+d等类型输入System.out.println("请输入表达式: eg: a+b-c+d");Scanner scanner = new Scanner(System.in);String expression = scanner.nextLine();Map<String, Integer> dataMap = parseExpression(expression);Calculator calculator = new Calculator();calculator.parseExpression(expression);System.out.println("最终结果: " + calculator.getValue(dataMap));}private static Map<String,Integer> parseExpression(String expression) {Map<String, Integer> dataMap = new HashMap<>(16);for (char c : expression.toCharArray()) {if (String.valueOf(c).matches("^[a-z]$")) {System.out.println("请输入 " + c + " 的值");Scanner scanner = new Scanner(System.in);int value = scanner.nextInt();dataMap.put(String.valueOf(c), value);}}return dataMap;}}

最终生成的抽象语法树，会进行递归调用执行，如下图

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