自定義語言的實作——解釋器模式（四）

18.4 完整解決方案

      為了能夠解釋機器人控制指令，Sunny軟體公司開發人員使用解釋器模式來設計和實作機器人控制程式。針對五條文法規則，分别提供五個類來實作，其中終結符表達式direction、action和distance對應DirectionNode類、ActionNode類和DistanceNode類，非終結符表達式expression和composite對應SentenceNode類和AndNode類。

      我們可以通過抽象文法樹來表示具體解釋過程，例如機器人控制指令“down run 10 and left move 20”對應的抽象文法樹如圖18-4所示：

圖18-4   機器人控制程式抽象文法樹執行個體

      機器人控制程式執行個體基本結構如圖18-5所示：

圖18-5   機器人控制程式結構圖

      在圖18-5中，AbstractNode充當抽象表達式角色，DirectionNode、ActionNode和DistanceNode充當終結符表達式角色，AndNode和SentenceNode充當非終結符表達式角色。完整代碼如下所示：

//注：本執行個體對機器人控制指令的輸出結果進行模拟，将英文指令翻譯為中文指令，實際情況是調用不同的控制程式進行機器人的控制，包括對移動方向、方式和距離的控制等
import java.util.*;

//抽象表達式
abstract class AbstractNode {
	public abstract String interpret();
}

//And解釋：非終結符表達式
class AndNode extends AbstractNode {
	private AbstractNode left; //And的左表達式
	private AbstractNode right; //And的右表達式

	public AndNode(AbstractNode left, AbstractNode right) {
		this.left = left;
		this.right = right;
	}
    
    //And表達式解釋操作
	public String interpret() {
		return left.interpret() + "再" + right.interpret();
	}
}

//簡單句子解釋：非終結符表達式
class SentenceNode extends AbstractNode {
	private AbstractNode direction;
	private AbstractNode action;
	private AbstractNode distance;

	public SentenceNode(AbstractNode direction,AbstractNode action,AbstractNode distance) {
		this.direction = direction;
		this.action = action;
		this.distance = distance;
	}
    
    //簡單句子的解釋操作
	public String interpret() {
		return direction.interpret() + action.interpret() + distance.interpret();
	}	
}

//方向解釋：終結符表達式
class DirectionNode extends AbstractNode {
	private String direction;
	
	public DirectionNode(String direction) {
		this.direction = direction;
	}
	
    //方向表達式的解釋操作
	public String interpret() {
		if (direction.equalsIgnoreCase("up")) {
			return "向上";
		}
		else if (direction.equalsIgnoreCase("down")) {
			return "向下";
		}
		else if (direction.equalsIgnoreCase("left")) {
			return "向左";
		}
		else if (direction.equalsIgnoreCase("right")) {
			return "向右";
		}
		else {
			return "無效指令";
		}
	}
}

//動作解釋：終結符表達式
class ActionNode extends AbstractNode {
	private String action;
	
	public ActionNode(String action) {
		this.action = action;
	}
	
    //動作（移動方式）表達式的解釋操作
	public String interpret() {
		if (action.equalsIgnoreCase("move")) {
			return "移動";
		}
		else if (action.equalsIgnoreCase("run")) {
			return "快速移動";
		}
		else {
			return "無效指令";
		}
	}
}

//距離解釋：終結符表達式
class DistanceNode extends AbstractNode {
	private String distance;
	
	public DistanceNode(String distance) {
		this.distance = distance;
	}
	
//距離表達式的解釋操作
	public String interpret() {
		return this.distance;
	}	
}

//指令處理類：工具類
class InstructionHandler {
	private String instruction;
	private AbstractNode node;
    
    public void handle(String instruction) {
    	AbstractNode left = null, right = null;
    	AbstractNode direction = null, action = null, distance = null;
    	Stack stack = new Stack(); //聲明一個棧對象用于存儲抽象文法樹
    	String[] words = instruction.split(" "); //以空格分隔指令字元串
    	for (int i = 0; i < words.length; i++) {
//本執行個體采用棧的方式來處理指令，如果遇到“and”，則将其後的三個單詞作為三個終結符表達式連成一個簡單句子SentenceNode作為“and”的右表達式，而将從棧頂彈出的表達式作為“and”的左表達式，最後将新的“and”表達式壓入棧中。    		        if (words[i].equalsIgnoreCase("and")) {
    			left = (AbstractNode)stack.pop(); //彈出棧頂表達式作為左表達式
    		    String word1= words[++i];
    		    direction = new DirectionNode(word1);
    		    String word2 = words[++i];
    		    action = new ActionNode(word2);
    		    String word3 = words[++i];
    		    distance = new DistanceNode(word3);
    		    right = new SentenceNode(direction,action,distance); //右表達式
    			stack.push(new AndNode(left,right)); //将新表達式壓入棧中
    		}
            //如果是從頭開始進行解釋，則将前三個單詞組成一個簡單句子SentenceNode并将該句子壓入棧中
    		else {
    		    String word1 = words[i];
    		    direction = new DirectionNode(word1);
    		    String word2 = words[++i];
    		    action = new ActionNode(word2);
    		    String word3 = words[++i];
    		    distance = new DistanceNode(word3);
    		    left = new SentenceNode(direction,action,distance);
    		    stack.push(left); //将新表達式壓入棧中
    		}
    	}
    	this.node = (AbstractNode)stack.pop(); //将全部表達式從棧中彈出
    }
	
	public String output() {
		String result = node.interpret(); //解釋表達式
		return result;
	}
}
           

       工具類InstructionHandler用于對輸入指令進行處理，将輸入指令分割為字元串數組，将第1個、第2個和第3個單詞組合成一個句子，并存入棧中；如果發現有單詞“and”，則将“and”後的第1個、第2個和第3個單詞組合成一個新的句子作為“and”的右表達式，并從棧中取出原先所存句子作為左表達式，然後組合成一個And節點存入棧中。依此類推，直到整個指令解析結束。

       編寫如下用戶端測試代碼：

class Client {
	public static void main(String args[]) {
		String instruction = "up move 5 and down run 10 and left move 5";
		InstructionHandler handler = new InstructionHandler();
		handler.handle(instruction);
		String outString;
		outString = handler.output();
		System.out.println(outString);
	}
}
           

       編譯并運作程式，輸出結果如下：

向上移動5再向下快速移動10再向左移動5

【作者：劉偉     http://blog.csdn.net/lovelion】