Android 解释器模式

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介绍

解释器模式是一种使用的比较少的一种模式,其提供了一种解释语言的语法或表达式的方式,该模式定义了一个表达式接口,通过该接口解释一个特定的上下文。(比较抽象,想了解建议查看原版书籍)

使用场景

  1. 如果某个简单的语言需要解释执行,而且可以将该语言中的语句表示为一个抽象语法树时,可以考虑使用该模式。比如有一个简单的数学表达式:p+q+m-n。
  2. 在某些特定领域出现不断重复的问题时,可以将该领域的问题转换为一种语法规则下的语句,然后构建解释器来解释该语句。比如需要将一段阿拉伯数字转换为中文的数字,又或者将某个小写英文短语转换为大写。

UML 类图

解释器模式UML.jpg

角色介绍。

AbstractExpression: 抽象表达式。
声明一个抽象的解释操作父类,并定义一个抽象的解释方法,其具体的实现在各个具体的子类解释器中完成。

TerminalExpression: 终结符表达式。
实现文法与终结符有关的解释操作。文法中每一个终结符都有一个具体的终结表达式与之对应。

NonternimalExpression: 非终结符表达式。
实现文法中与非终结符有关的解释操作。

Context: 上下文环境类。
包含解释器之外的全局信息。

Client: 客户类。
解析表达式,构建抽象语法树,执行具体的解释操作等。

对应通用模式代码

// 抽象表达式
public abstract class AbstractExpression {
    /**
     * 抽象的解析方法
     */
    public abstract void interpret(Context ctx);
}

// 终结符表达式
public class TerminalExpression extends AbstractExpression {
    @Override
    public void interpret(Context ctx) {
        //实现文法中与终结符有关的解释操作
    }
}

// 非终结符表达式
public class NonterminalExpression extends AbstractExpression {
    @Override
    public void interpret(Context ctx) {
        //实现文法中与非终结符有关的解释操作
    }
}

// 上下文环境类,包含解释器之外的全局信息
public class Context {
}

// 客户类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //根据文法对特定句子构建抽象语法树后解释
    }
}

简单实现

需求:比如算数表达式 m + n + p。代表数字的m、n、p三个字符看成终结符号,+ 看做非终结符号。

  1. 抽象的算术运算解释器,为所有解释器共性的提取

    public abstract class ArithmeticExpression {
        /**
         * 抽象的解析方法
         * 具体的解析逻辑由具体的子类实现
         * @return 解析得到具体的值
         */
        public abstract int interpret();
    }
    
  2. 数字解释器,仅仅为了解释数字

    public class NumExpression extends ArithmeticExpression{
        private int num;
    
        public NumExpression(int num) {
            this.num = num;
        }
    
        @Override
        public int interpret() {
            return num;
        }
    }
    
  3. 运算符号抽象解释器,为所有运算符号解释器共性的提取

    public abstract class OperatorExpression extends ArithmeticExpression {
        //声明两个成员变量存储运算符号两边的数字解释器
        protected ArithmeticExpression exp1, exp2;
    
        public OperatorExpression(ArithmeticExpression exp1, ArithmeticExpression exp2) {
            this.exp1 = exp1;
            this.exp2 = exp2;
        }
    }
    
  4. 加法运算抽象解释器

    public class AdditionExpression extends OperatorExpression {
        public AdditionExpression(ArithmeticExpression exp1, ArithmeticExpression exp2) {
            super(exp1, exp2);
        }
    
        @Override
        public int interpret() {
            return exp1.interpret() + exp2.interpret();
        }
    }
    
  5. 处理与解释相关的一些业务

    public class Calculator {
        //声明一个Stack栈存储并操作所有相关的解释器
        private Stack<ArithmeticExpression> mExpStack = new Stack<>();
    
        public Calculator(String expression) {
            //声明两个TerminalExpression类型的临时变量,存储运算符左右两边的数字解释器
            ArithmeticExpression exp1, exp2;
    
            String[] elements = expression.split(" ");
    
            //循环遍历表达式元素数组
            for (int i = 0; i < elements.length; i++) {
                //判断运算符号
                switch (elements[i].charAt(0)) {
                    case '+':   //如果是加号
                        //将栈中的解释器弹出作为运算符号右边的解释器
                        exp1 = mExpStack.pop();
                        //同时将运算符号数组下标下一个元素构造为一个数字解释器
                        exp2 = new NumExpression(Integer.valueOf(elements[++i]));
                        //通过尚明两个数字解释器构造加法运算解释器
                        mExpStack.push(new AdditionExpression(exp1, exp2));
                        break;    
                    default:    //如果是数字
                        //直接构造数字解释器并压入栈
                        mExpStack.push(new NumExpression(Integer.valueOf(elements[i])));
                        break;
                }
            }
        }
    
        public int calculate() {
            return mExpStack.pop().interpret();
        }
    }
    
  6. 客户类

    public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            Calculator calculator = new Calculator("1 + 2 + 3 + 10");
            System.out.println(calculator.calculate());
        }
    }
    

此时只是定义了加法运算,如果需要增加减法运算,则可以在 Calculator 中增加以下分支

case '-':   //如果是减号
    exp1 = mExpStack.pop();
    exp2 = new NumExpression(Integer.valueOf(elements[++i]));
    mExpStack.push(new SubtractionExpression(exp1, exp2));
    break;

此时,在 Client 中就可以开始使用了

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calculator = new Calculator("1 - 2 - 3 + 10");
        System.out.println(calculator.calculate());
    }
}

Android 源码中的实现

AndroidManifest.xml 配置文件的读取。

总结

  1. 优点

    灵活的扩展性,当我们相对文法规则进行扩展延伸时,只需要增加相应的非终结符解释器,并在构建抽象语法树时,使用到新增的解释器对象进行具体的解释即可。

  2. 缺点

    每一条文法都可以对应至少一个解释器,其会生成大量的类,导致后期维护困难;同时,对于复杂的文法,构建其抽象语法树会显得异常繁琐,甚至有可能会出现需要构建多棵抽象语法树的情况,因此,对于复杂的文法并不推荐使用解释器模式。

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