解释器模式
模式定义
给定一个语言，定义它的文法（语法规则）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。在GOF95中解释器模式被分类为行为型模式。
模式结构与说明
- AbstractionExpression：定义了解释器的接口，约定解释器的解释操作
- TerminalExpression：端点解释器，用来实现语法规则中和端点相关的操作，不包含其它解释器。如果使用组合模式构建语法树的话，就相当于Leaf角色
- NonterminalExpression：非端点解释器，用来实现语法规则中非端点相关的操作，通常对应了一个语法规则，可以包含其它解释器。如果使用组合模式构建语法树的话，就相当于Composite角色。非端点解释器可以有多种
- Context：上下文，包含各种解释器需要的数据或者公共功能。上下文在解释器模式中非常重要，它会被传递到所有解释器中，解释器可以在上下文中存取数据
- Client：解释器的客户端
理解解释器模式的思路，需要首先了解两个重要的概念：
- 解析器（Parser）：能够把Client的表达式请求解析为抽象语法树形式
- 解释器（Interpreter）：能够解释抽象语法树，并执行每个节点对应的功能
那么，解析器这个角色谁来承担呢？亦即，谁来构建语法树？如果语法很简单，可以让客户端来手工构建，否则，应当开发单独的解析器，能够把字符串形式的表达式转换为语法树。
解释器模式的优点：
- 将每个语法规则表示成一个类，方便实现语言
- 由于语法由许多类表示，因此可以轻易的改变或者扩展此语言
- 通过在类结构中加入新的方法，可以在解释的同时添加新的行为，例如验证、打印格式美化
解释器模式的缺点：
- 当语法规则很复杂时，该模式会变得异常复杂
解释器模式的适用场景：
- 当需要实现一个简单的语言时
- 有一个简单的语法，并且简单比效率更加重要
应用举例
考虑一个简单的XPath解释器，支持以下形式的XPath语法：
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#选择元素根元素msg下body子元素的el子元素 /msg/body/el #选择元素根元素msg下body子元素的el子元素的name属性 /msg/body/el/@name |
分析一下可以看到，XML元素可以作为非端点元素或者端点元素，XML属性则只能支持端点元素，因此，我们设计如下的解释器类层次：
XPath解释器的实现思路是：
- 通过Dom4j等工具执行XML解析
- 从根XPathExpression开始解析
- 如果当前是非端点表达式，那么在Context中设置parent为当前元素
- 如果当前是端点表达式，那么：
- 对于元素端点，依据parent获取当前元素，进而获取元素的文本
- 对于属性端点，依据parent获取对应属性，进而获取元素的属性
主要代码如下：
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/** * XPath解析上下文 * */ public class XPathContext { /* 上下文中包含公共的数据 */ private Document doc; //XML文档 private Element parent; //当前父元素 /* 上下文中可以包含公共的功能 */ public XPathContext( InputStream xml ) throws DocumentException { this.doc = new SAXReader().read( xml ); } public void setParent( String name ) { if ( parent == null ) parent = doc.getRootElement(); else parent = parent.element( name ); } public String getElementText( String name ) { return parent.elementText( name ); } public String getAttribute( String name ) { return parent.attributeValue( name ); } } /** * XPath表达式超类 * */ public abstract class XPathExpression { private String name; public XPathExpression( String name ) { this.name = name; } public abstract String interpret( XPathContext ctx ); public String getName() { return name; } } /** * XPath元素表达式，非端点 * */ public class XPathElementExpression extends XPathExpression { public XPathElementExpression( String name ) { super( name ); } private List<XPathExpression> subExprs = new ArrayList<XPathExpression>(); @Override public String interpret( XPathContext ctx ) { ctx.setParent( getName() ); //只是在上下文中设置父元素 return subExprs.get( 0 ).interpret( ctx ); //然后就遍历子节点 } public void addSubExpression( XPathExpression expr ) { subExprs.add( expr ); } } /** * 元素端点 */ public class XPathTerminalElementExpression extends XPathExpression { public XPathTerminalElementExpression( String name ) { super( name ); } @Override public String interpret( XPathContext ctx ) { return ctx.getElementText( getName() ); } } /** * 属性端点 */ public class XPathTerminalAttributeExpression extends XPathExpression { public XPathTerminalAttributeExpression( String name ) { super( name ); } @Override public String interpret( XPathContext ctx ) { return ctx.getAttribute( getName() ); } } public class Client { public static void main( String[] args ) throws Throwable { InputStream is = new FileInputStream( "~/example.xml" ); XPathContext ctx = new XPathContext( is ); //调用解析器将文本解析为语法树 XPathExpression expr = parse( "/msg/body/el/@name" ); System.out.println( expr.interpret( ctx ) ); //打印属性值 is.close(); } private static XPathExpression parse( String string ) { return null; } } |
经典应用
Java中的正则式
java.util.regex.Pattern包含了大量的内部类，组成了一个解释器层次：
Node就相当于解释器模式中的Interpreter角色，在执行正则式匹配的时候，Pattern会调用Node的match方法，该方法相当于解释器模式中的interpret()，会调用下一个节点的match()，与标准的解释器模式类似：
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static class Start extends Node { int minLength; Start(Node node) { this.next = node; //下一个节点 minLength = info.minLength; } boolean match(Matcher matcher, int i, CharSequence seq) { ... boolean ret = false; int guard = matcher.to - minLength; for (; i <= guard; i++) { if (ret = next.match(matcher, i, seq)) //调用下一个节点的match() break; if (i == guard) matcher.hitEnd = true; } ... } } |
模式演变
- 与组合模式联用：由于涉及到语法树，解释器模式通常都要和组合模式一起使用，TerminalExpression充当Leaf，NonTerminalExpression充当Composite
- 与迭代器模式联用：遍历语法树时，可以使用迭代器
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