1 四則運算問題
通過解釋器模式來實作四則運算，如計算 a+b-c 的值，具體要求
1) 先輸入運算式的形式，比如 a+b+c-d+e, 要求運算式的字母不能重復
2) 在分別輸入 a ,b, c, d, e 的值
3) 最后求出結果：如圖
2 傳統方案解決四則運算問題分析
1) 撰寫一個方法，接收運算式的形式，然后根據用戶輸入的數值進行決議，得到結果
2) 問題分析：如果加入新的運算子，比如 * / ( 等等，不利于擴展，另外讓一個方法來決議會造成程式結構混亂， 不夠清晰.
3) 解決方案：可以考慮使用解釋器模式， 即： 運算式 -> 解釋器(可以有多種) -> 結果
3 解釋器模式基本介紹
基本介紹
1) 在編譯原理中，一個算術運算式通過詞法分析器形成詞法單元，而后這些詞法單元再通過語法分析器構建語法分析樹，最終形成一顆抽象的語法分析樹，這里的詞法分析器和語法分析器都可以看做是解釋器
2) 解釋器模式（Interpreter Pattern）：是指給定一個語言(運算式)，定義它的文法的一種表示，并定義一個解釋器， 使用該解釋器來解釋語言中的句子(運算式)
3) 應用場景
- 應用可以將一個需要解釋執行的語言中的句子表示為一個抽象語法樹
- 一些重復出現的問題可以用一種簡單的語言來表達
- 一個簡單語法需要解釋的場景
4) 這樣的例子還有，比如編譯器、運算運算式計算、正則運算式、機器人等
4 解釋器模式的原理類圖
- 對原理類圖的說明-即(解釋器模式的角色及職責)
1) Context: 是環境角色,含有解釋器之外的全域資訊.
2) AbstractExpression: 抽象運算式， 宣告一個抽象的解釋操作,這個方法為抽象語法樹中所有的節點所共享
3) TerminalExpression: 為終結符運算式, 實作與文法中的終結符相關的解釋操作
4) NonTermialExpression: 為非終結符運算式，為文法中的非終結符實作解釋操作.
5) 說明： 輸入 Context he TerminalExpression 資訊通過 Client 輸入即可
5 解釋器模式來實作四則
1) 應用實體要求
通過解釋器模式來實作四則運算， 如計算 a+b-c 的值
2) 思路分析和圖解(類圖)
3)代碼實作
package com.lin.interpret; import java.util.HashMap; /** * 抽象類運算式，通過 HashMap 鍵值對, 可以獲取到變數的值 * * @author Administrator * */ public abstract class Expression { // a + b - c // 解釋公式和數值, key 就是公式(運算式) 引數[a,b,c], value 就是就是具體值 // HashMap {a=10, b=20} public abstract int interpreter(HashMap<String, Integer> var); }
package com.lin.interpret; import java.util.HashMap; /** * 抽象運算子號決議器 這里，每個運算子號，都只和自己左右兩個數字有關系， 但左右兩個數字有可能也是一個決議的結果，無論何種型別，都是 Expression * 類的實作類 * * @author Administrator * */ public class SymbolExpression extends Expression { protected Expression left; protected Expression right; public SymbolExpression(Expression left, Expression right) { this.left = left; this.right = right; } //因為 SymbolExpression 是讓其子類來實作，因此 interpreter 是一個默認實作 @Override public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) { return 0; } }
package com.lin.interpret; import java.util.HashMap; public class SubExpression extends SymbolExpression { public SubExpression(Expression left, Expression right) { super(left, right); } //求出 left 和 right 運算式相減后的結果 public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) { return super.left.interpreter(var) - super.right.interpreter(var); } }
package com.lin.interpret; import java.util.HashMap; /** * 變數的解釋器 * * @author Administrator * */ public class VarExpression extends Expression { private String key; // key=a,key=b,key=c public VarExpression(String key) { this.key = key; } // var 就是{a=10, b=20} // interpreter 根據 變數名稱，回傳對應值 @Override public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) { return var.get(this.key); } }
package com.lin.interpret; import java.util.HashMap; import java.util.Stack; public class Calculator { // 定義運算式 private Expression expression; // 建構式傳參，并決議 public Calculator(String expStr) { // expStr = a+b // 安排運算先后順序 Stack<Expression> stack = new Stack<>(); // 運算式拆分成字符陣列 char[] charArray = expStr.toCharArray();// [a, +, b] Expression left = null; Expression right = null; // 遍歷我們的字符陣列， 即遍歷 [a, +, b] // 針對不同的情況，做處理 for (int i = 0; i < charArray.length; i++) { switch (charArray[i]) { case '+': // left = stack.pop();// 從 stack 取 出 left => "a" right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));// 取出右運算式 "b" stack.push(new AddExpression(left, right));// 然后根據得到 left 和 right 構建 AddExpresson 加入stack break; case '-': // left = stack.pop(); right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i])); stack.push(new SubExpression(left, right)); break; default: // 如果是一個 Var 就創建要給 VarExpression 物件，并 push 到 stack stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i]))); break; } } //當遍歷完整個 charArray 陣列后，stack 就得到最后 Expression this.expression = stack.pop(); } public int run(HashMap<String, Integer> var) { //最后將運算式 a+b 和 var = {a=10,b=20} //然后傳遞給 expression 的 interpreter 進行解釋執行 return this.expression.interpreter(var); } }
package com.lin.interpret; import java.util.HashMap; /** * 加法解釋器 * * @author Administrator * */ public class AddExpression extends SymbolExpression { public AddExpression(Expression left, Expression right) { super(left, right); } //處理相加 //var 仍然是 {a=10,b=20}.. //一會我們 debug 原始碼,就 ok public int interpreter(HashMap<String, Integer> var) { //super.left.interpreter(var) ： 回傳 left 運算式對應的值 a = 10 //super.right.interpreter(var): 回傳 right 運算式對應值 b = 20 return super.left.interpreter(var) + super.right.interpreter(var); } }
package com.lin.interpret; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.util.HashMap; public class Client { public static void main(String[] args) throws IOException { String expStr = getExpStr(); // a+b HashMap<String, Integer> var = getValue(expStr);// var {a=10, b=20} Calculator calculator = new Calculator(expStr); System.out.println("運算結果：" + expStr + "=" + calculator.run(var)); } // 獲得運算式 public static String getExpStr() throws IOException { System.out.print("請輸入運算式："); return (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine(); } // 獲得值映射 public static HashMap<String, Integer> getValue(String expStr) throws IOException { HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(); for (char ch : expStr.toCharArray()) { if (ch != '+' && ch != '-') { if (!map.containsKey(String.valueOf(ch))) { System.out.print("請輸入" + String.valueOf(ch) + "的值："); String in = (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine(); map.put(String.valueOf(ch), Integer.valueOf(in)); } } } return map; } }
6 解釋器模式在 Spring 框架應用的原始碼剖析
1) Spring 框架中 SpelExpressionParser 就使用到解釋器模式
2) 代碼分析
3)說明
7 解釋器模式的注意事項和細節
1) 當有一個語言需要解釋執行，可將該語言中的句子表示為一個抽象語法樹，就可以考慮使用解釋器模式，讓程式具有良好的擴展性
2) 應用場景：編譯器、運算運算式計算、正則運算式、機器人等
3) 使用解釋器可能帶來的問題：解釋器模式會引起類膨脹、解釋器模式采用遞回呼叫方法，將會導致除錯非常復雜、效率可能降低.
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標籤：Java
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