Android 架构师之路12 设计模式之解释器模式

Android 架构师之路 目录

1、解释器模式概念

1.1 介绍

解释器模式(Interpreter Pattern)提供了评估语言的语法或表达式的方式,它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口,该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

1.2 定义

解释器模式是类的行为模式。给定一个语言之后,解释器模式可以定义出其文法的一种表示,并同时提供一个解释器。客户端可以使用这个解释器来解释这个语言中的句子。

  • 文法:即语法规则。在解释器模式中每一个语法都将对应一个解释器对象,用来处理相应的语法规则。它对于扩展、改变文法以及增加新的文法规则都很方便。
  • 解释器模式描述了如何为简单的语言定义一个文法,如何在该语言中表示一个句子,以及如何解释这些句子。
  • 在解释器模式中可以通过一种称之为抽象语法树(Abstract Syntax Tree, AST)的图形方式来直观地表示语言的构成,每一棵抽象语法树对应一个语言实例
1.3 使用场景
  • 有多个子类共有的方法,且逻辑相同。
  • 重要的、复杂的方法,可以考虑作为模板方法。

2、命令模式UML类图

解释器模式
  • AbstractExpression:定义解释器的接口,约定解释器的解释操作。其中的Interpret接口,正如其名字那样,它是专门用来解释该解释器所要实现的功能。(如加法解释器中的Interpret接口就是完成两个操作数的相加功能)。

  • TerminalExpression:终结符解释器,用来实现语法规则中和终结符相关的操作,不再包含其他的解释器,如果用组合模式来构建抽象语法树的话,就相当于组合模式中的叶子对象,可以有多种终结符解释器。

  • NonterminalExpression:非终结符解释器,用来实现语法规则中非终结符相关的操作,通常一个解释器对应一个语法规则,可以包含其他解释器,如果用组合模式构建抽象语法树的话,就相当于组合模式中的组合对象。可以有多种非终结符解释器。

  • Context:上下文,通常包含各个解释器需要的数据或是公共的功能。这个Context在解释器模式中起着非常重要的作用。一般用来传递被所有解释器共享的数据,后面的解释器可以从这里获取这些值。

  • Client:客户端,指的是使用解释器的客户端,通常在这里将按照语言的语法做的表达式转换成使用解释器对象描述的抽象语法树,然后调用解释操作。

3、命令模式代码实现

加减算法

AbstractExpression:
public abstract class Expression {
    /**
     * 以环境为准,本方法解释给定的任何一个表达式
     */
    public abstract int interpret(Context ctx);
    /**
     * 检验两个表达式在结构上是否相同
     */
    public abstract boolean equals(Object obj);
    /**
     * 返回表达式的hash code
     */
    public abstract int hashCode();
    /**
     * 将表达式转换成字符串
     */
    public abstract String toString();
}
NonterminalExpression:
public class Minus extends Expression {

    private Expression left, right;

    public Minus(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj != null && obj instanceof Minus) {
            return left.equals(((Minus) obj).left) && right.equals(((Minus) obj).right);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {

        return left.interpret(ctx) - right.interpret(ctx);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "(" + left.toString() + " - " + right.toString() + ")";
    }
}

public class Plus extends Expression {

    private Expression left,right;

    public Plus(Expression left , Expression right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(obj != null && obj instanceof Plus)
        {
            return left.equals(((Plus)obj).left) &&
                    right.equals(((Plus)obj).right);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {

        return left.interpret(ctx) + right.interpret(ctx);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "(" + left.toString() + " + " + right.toString() + ")";
    }

}
TerminalExpression:
public class Variable extends Expression {

    private String name;

    public Variable(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {

        if(obj != null && obj instanceof Variable)
        {
            return this.name.equals(
                    ((Variable)obj).name);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name;
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {
        return ctx.lookup(this);
    }

}

public class Constant extends Expression{

    private int value;

    public Constant(int value){
        this.value = value;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {

        if(obj != null && obj instanceof Constant){
            return this.value == ((Constant)obj).value;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {

        return value;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return new Integer(value).toString();
    }

}
Receiver:
public class Receiver implements Serializable {

    public void onLeft() {
        System.out.println("向左");
    }

    public void onRight() {
        System.out.println("向右");
    }

    public void onBottom() {
        System.out.println("向下");
    }

    public void onTransformation() {
        System.out.println("变形");
    }
}
Context:
public class Context {

    private Map<Variable,Integer> map = new HashMap<Variable,Integer>();

    public void assign(Variable var , int value){
        map.put(var, new Integer(value));
    }

    public int lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException{
        Integer value = map.get(var);
        if(value == null){
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        return value.intValue();
    }
}

Client :
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Context ctx = new Context();
        Variable x = new Variable("x");
        Variable y = new Variable("y");
        Constant c = new Constant(1);
        ctx.assign(x, 2);
        ctx.assign(y, 3);
        Expression exp = new Plus(new Plus(c,x) , new Minus(y,x));

        System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));
    }

}

结果输出:

((1 + x) + (y - x))=4

4、模式总结

4.1 优点
  • 易于改变和扩展文法。

  • 每一条文法规则都可以表示为一个类,因此可以方便地实现一个简单的语言。

  • 实现文法较为容易。在抽象语法树中每一个表达式节点类的实现方式都是相似的,这些类的代码编写都不会特别复杂,还可以通过一些工具自动生成节点类代码。

  • 增加新的解释表达式较为方便。如果用户需要增加新的解释表达式只需要对应增加一个新的终结符表达式或非终结符表达式类,原有表达式类代码无须修改,符合“开闭原则”。

4.2 缺点
  • 对于复杂文法难以维护。在解释器模式中,每一条规则至少需要定义一个类,因此如果一个语言包含太多文法规则,类的个数将会急剧增加,导致系统难以管理和维护,此时可以考虑使用语法分析程序等方式来取代解释器模式。

  • 执行效率较低。由于在解释器模式中使用了大量的循环和递归调用,因此在解释较为复杂的句子时其速度很慢,而且代码的调试过程也比较麻烦。

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