天天看点

设计模式-解析器模式

定义

给定一个语言,定义它的文法的一种表示,并定义一个解释器,这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

适用性

最典型的应用就是正则表达式

重复发生的问题可以使用解释器模式:比如根据用户输入的公式进行加减乘除四则运算,但是他们输入的公式每次都不同,有时是a+b-c*d,有时是a*b+c-d,等等等等个,公式千变万化,但是都是由加减乘除四个非终结符来连接的,这时我们就可以使用解释器模式。

当有一个语言需要解释执行,并且你可以把该语言中的句子表示为一个抽象的语法树时,可使用解释器模式.而当存在以下情况时,该模式的效果最好:

1、该文法简单,对于复杂的文法,文法的类层次变得庞大而无法管理.此时,语法分析程序生成器这样得工具时更好得选择。它们无需构建抽象语法树即可解释表达式,这样可以节省空间而且还可以节省时间;

2、效率不是一个关键的问题,最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的,而是首先把他们转换成另外一种形式.例如:正则表达式通常被转换成状态机。但即使在这种情况下,转换器仍可用解释器模式实现,该模式仍是有用的.

模式中的角色

1.AbstractExpression(抽象表达式) 声明一个抽象的解释操作,这个接口为抽象语法树中所有的节点所共享。

2.TerminalExpression(终结符表达式) 实现与文法中的终结符相关联的解释操作。 一个句子中的每个终结符需要该类的一个实例。

3.NonterminalExpression(非终结符表达式) 为文法中的非终结符实现解释(Interpret)操作。

4.Context(上下文) 包含解释器之外的一些全局信息。

5.Client(客户) 构建(或被给定)表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树。 该抽象语法树由NonterminalExpression和TerminalExpression的实例装配而成。 调用解释操作。

角色关系UML

设计模式-解析器模式

以加减运算为例子

UML图如下:

设计模式-解析器模式

java代码:

抽象表达式:

package demo;

import java.util.Map;

/**
 * 
 * @ClassName: Expression
 * @Description:抽象表达式
 * @author cheng
 * @date
public interface Expression
    /**
     * 解析公式和数值,其中var中的key是公式的参数,value值是具体的数字
     * 负责对传递进来的参数和值进行解析和匹配,其中key是表达式a+b+c中的a、b、c,value是运算时取得的值
     * 
     * 如果是终结符表达式,那么此方法将获取参数的值 
     * 如果是非终结符表达式,那么此方法将进行运算,比如加减
     **/
    int      

终结符表达式

package demo;

import java.util.Map;

/**
 * 
 * @ClassName: VarExpression
 * @Description:变量解析器/终结符表达式
 * @author cheng
 * @date
public class VarExpression implements Expression

    // 需要获取值的变量名
    private String key;

    /**
     * 构造函数
     * 
     * @param
    public VarExpression(String key) {
        this.key = key;
    }

    /**
     * 从map中取值
     */
    @Override
    public int interpreter(Map<String, Integer> var) {
        return      

非终结符表达式

package demo;

import java.util.Map;

/**
 * 
 * @ClassName: AddExpression
 * @Description: 加法解析器/interpreter方法处理加法运算 
 * @author cheng
 * @date
public class AddExpression implements Expression

    // 每个运算符都有左右两个参数进行运算
    private Expression left;
    private Expression right;

    /**
     * 构造函数
     * 
     * @param left
     * @param
    public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    /**
     * 进行加法运算
     */
    @Override
    public int interpreter(Map<String, Integer> var) {
        return      
package demo;

import java.util.Map;

/**
 * 
 * @ClassName: SubExpression
 * @Description:减法解析器/interpreter方法处理减法运算
 * @author cheng
 * @date
public class SubExpression implements Expression

    // 每个运算符都有左右两个参数进行运算
    private Expression left;
    private Expression right;

    /**
     * 构造函数
     * 
     * @param left
     * @param
    public SubExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    /**
     * 进行减法运算
     */
    @Override
    public int interpreter(Map<String, Integer> var) {
        return      

上下文

package demo;

import java.util.Map;
import java.util.Stack;

/**
 * 
 * @ClassName: Context
 * @Description:对输入的表达式进行解析,并计算
 * @author cheng
 * @date
public class Context
    /**
     * 定义表达式,最后拿到是一个运算解析器,比如X+Y格式的,其中X可能又是由A+B的运算解析器组成
     * 只有最底层的解析器才是变量解析器,也就是终结符表达式 此参数最终得到的肯定是非终结表达式
     * */
    private Expression expression;

    /**
     * 分析用户输入的表达式
     */
    public void analyse(String expStr) {
        // 定义一个栈,安排运算的先后顺序
        Stack<Expression> stack = new Stack<Expression>();
        char[] charArray = expStr.toCharArray();
        Expression left = null;
        Expression right = null;
        for (int i = 0; i < charArray.length; i++) {
            switch (charArray[i]) {
            case '+':
                // 将加法运算加入到栈中
                left = stack.pop();
                right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
                stack.push(new AddExpression(left, right));
                break;
            case '-':
                // 将减法运算加入到栈中
                left = stack.pop();
                right = new VarExpression(String.valueOf(charArray[++i]));
                stack.push(new SubExpression(left, right));
                break;
            default:
                // 如果不是运算符,那么就是终结表达式
                stack.push(new VarExpression(String.valueOf(charArray[i])));
            }
        }
        // 把最终栈的顶层抛出,它即是最后封装的非终结表达式
        this.expression = stack.pop();
    }

    /**
     * 
     * @Title: run
     * @Description: 将键值对输入给表达式运算
     * @param var
     * @return
    public int run(Map<String, Integer> var) {
        return      

测试

package demo;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 
 * @ClassName: ClientTest
 * @Description:测试
 * @author cheng
 * @date
public class ClientTest

    public static void main(String[] args) {
        String expStr = "a+b-c+d+e";
        Map<String, Integer> var = new HashMap<String, Integer>();
        var.put("a", 1);
        var.put("b", 2);
        var.put("c", 2);
        var.put("d", 4);
        var.put("e", 3);

        Context context = new Context();
        // 先解析运算表达式
        context.analyse(expStr);
        // 进行运算      

运行结果

8      

优点

解释器是一个简单的语法分析工具,它最显著的优点就是扩展性,修改语法规则只需要修改相应的非终结符就可以了,若扩展语法,只需要增加非终结符类就可以了。

缺点

解释器模式会引起类的膨胀:每个语法都需要产生一个非终结符表达式,语法规则比较复杂时,就可能产生大量的类文件,为维护带来非常多的麻烦。

解释器模式采用递归调用方法:每个非终结符表达式只关心与自己相关的表达式,每个表达式需要知道最终的结果,必须通过一层一层的剥茧,无论是面向对象的语言还是面向过程的语言,递归都是一个不推荐的方式(只在必要条件下使用),它将导致调试非常复杂。想想看,如果要排查一个错误,我们是不是要一个个断点调试下去,直至最小的语法单元。

解释器模式使用了大量的循环和递归:效率是一个不容忽视的问题。特别是用于解释一个解析复杂、冗长的语法时,效率是难以忍受的。

注意事项