Java實現自定義語言和表示式解析的直譯器模式

2023-09-05 18:04:54

介紹

Java直譯器模式(Interpreter pattern)是一種行為設計模式,它定義了一種語言的語法表示,並定義了直譯器來解釋該語法.

該模式的核心是直譯器(Interpreter), 它定義了一個表示式介面和具體的表示式實現類.表示式介面中定義瞭解釋方法,具體的表示式實現類則實現了該解釋方法,用於對語法進行解釋.

Java直譯器模式包含以下4種角色:

抽象表示式(Abstract Expression):定義了一個直譯器需要實現的介面,通常包含一個解釋方法(interpreter)用於解釋表示式.
終結符表示式(Terminal Expression):實現了抽象表示式介面的解釋方法,用於解釋語言種的終結符,例如變數,常數等.
非終結符表示式(Non-Terminal Expression):實現了抽象表示式介面的解釋方法,通常由多個終結符表示式組合而成,用於解釋語言中的非終結符,例如算數運運算元,邏輯運運算元等.
環境(Context):包含需要解釋的語言的上下文資訊,例如變數,常數等.在直譯器模式中,環境物件通常作為引數傳遞給直譯器物件.

實現

以下是一個簡單的例子,用於解釋加法和減法的表示式

抽象表示式

public interface Expression {
    /**
     * 解釋表示式
     *
     * @return
     */
    int interpreter();
}

終結符表示式

public class NumberExpression implements Expression{
    private int num;
    public NumberExpression(int num) {
        this.num = num;
    }
    /**
     * 解釋表示式
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int interpreter() {
        return num;
    }
}

非終結符表示式

public class AddExpression implements Expression {
    /**
     * 左表示式
     */
    private Expression leftExpression;
    /**
     * 右表示式
     */
    private Expression rightExpression;
    public AddExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }
    /**
     * 解釋表示式
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int interpreter() {
        return leftExpression.interpreter() + rightExpression.interpreter();
    }
}
public class SubtractExpression implements Expression {
    /**
     * 左表示式
     */
    private Expression leftExpression;
    /**
     * 右表示式
     */
    private Expression rightExpression;
    public SubtractExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }
    /**
     * 解釋表示式
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int interpreter() {
        return leftExpression.interpreter() - rightExpression.interpreter();
    }
}

測試

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立一個複雜表示式,用於計算5+3-2+1的結果
        Expression expression = new AddExpression(
                new SubtractExpression(
                        new AddExpression(
                                new NumberExpression(5), new NumberExpression(3)),
                        new NumberExpression(2)),
                new NumberExpression(1));
        // 使用直譯器模式來解釋表示式,並輸出計算結果
        System.out.println(expression.interpreter());
    }
}

在上面的例子中,我們定義了一個表示式介面Expression(抽象表示式)和兩個具體的表示式實現類AddExpression(非終結符表示式)和SubtractExpression(非終結符表示式).在AddExpression和SubtractExpression類中,我們分別實現了interpreter方法,用於解釋加法和減法表示式,定義了一個NumberExpression(終結符表示式)實現了Expression的interpreter方法,用於解釋數位表示式.在上面範例中沒有顯示地定義環境物件,但是通過建立表示式物件並組合起來的方式來模擬環境.