解释器（Interpreter）

意图

为语言创建解释器，通常由语言的语法和语法分析来定义。

类图

• Expression：抽象表达式，声明 interpret() 方法；
• TerminalExpression：终结符表达式，对应语法中不能再拆分的单个符号，例如 A，每个终结符都需要一个 TerminalExpression；
• NonterminalExpression：非终结符表达式，对应一条语法规则，例如 And、Or，持有子表达式并递归调用它们的 interpret()；
• Context：上下文，包含解释器之外的一些全局信息。

实现

以下是一个规则检验器实现，具有 and 和 or 规则，通过规则可以构建一棵解析树，用来检验一个文本是否满足解析树定义的规则。

例如一棵解析树为 D And (A Or (B Or C))，文本 "D A" 满足该解析树定义的规则，文本 "A B" 不含 D，不满足。解释的过程是从根节点递归向下，叶子节点检查文本中有没有这个单词，内部节点把子节点的结果做与、或运算：

这里的 Context 指的是 String。

public abstract class Expression {
    public abstract boolean interpret(String str);
}

public class TerminalExpression extends Expression {

    private String literal = null;

    public TerminalExpression(String str) {
        literal = str;
    }

    public boolean interpret(String str) {
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(str);
        while (st.hasMoreTokens()) {
            String test = st.nextToken();
            if (test.equals(literal)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

public class AndExpression extends Expression {

    private Expression expression1 = null;
    private Expression expression2 = null;

    public AndExpression(Expression expression1, Expression expression2) {
        this.expression1 = expression1;
        this.expression2 = expression2;
    }

    public boolean interpret(String str) {
        return expression1.interpret(str) && expression2.interpret(str);
    }
}

public class OrExpression extends Expression {
    private Expression expression1 = null;
    private Expression expression2 = null;

    public OrExpression(Expression expression1, Expression expression2) {
        this.expression1 = expression1;
        this.expression2 = expression2;
    }

    public boolean interpret(String str) {
        return expression1.interpret(str) || expression2.interpret(str);
    }
}

public class Client {

    /**
     * 构建解析树
     */
    public static Expression buildInterpreterTree() {
        // Literal
        Expression terminal1 = new TerminalExpression("A");
        Expression terminal2 = new TerminalExpression("B");
        Expression terminal3 = new TerminalExpression("C");
        Expression terminal4 = new TerminalExpression("D");
        // B Or C
        Expression alternation1 = new OrExpression(terminal2, terminal3);
        // A Or (B Or C)
        Expression alternation2 = new OrExpression(terminal1, alternation1);
        // D And (A Or (B Or C))
        return new AndExpression(terminal4, alternation2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Expression define = buildInterpreterTree();
        String context1 = "D A";
        String context2 = "A B";
        System.out.println(define.interpret(context1));
        System.out.println(define.interpret(context2));
    }
}

true
false

JDK 中的应用

• java.util.regex.Pattern；
• java.text.Format 的所有子类；
• javax.el.ELResolver（EL API，不属于 JDK）。

参考资料

• 弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
• Gamma E. 设计模式：可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.