Java基于解释器模式实现定义一种简单的语言功能示例

Java基于解释器模式可以实现定义一种简单的语言功能，这里给出一个完整的攻略以及两条示例说明：

什么是解释器模式？

解释器模式是一种行为型设计模式，它用于定义语言的文法，并使用该文法来解释和执行语言中的语句。使用解释器模式时，我们需要定义语言的文法，然后编写解释器来解释和执行语言中的语句。

解释器模式的结构

解释器模式由以下几个部分组成：

• 抽象表达式（AbstractExpression）：定义解释器的接口，该接口要定义一个interpret方法来解释和执行语言中的语句。
• 终结符表达式（TerminalExpression）：实现抽象表达式接口，它用于表示语言中的终结符。
• 非终结符表达式（NonterminalExpression）：实现抽象表达式接口，它用于表示语言中的非终结符。
• 环境（Context）：维护解释器解释和执行语言中的语句所需的上下文信息。

使用Java实现解释器模式

使用Java实现解释器模式需要遵循以下步骤：

1. 定义语言的文法。
2. 编写终结符表达式和非终结符表达式。
3. 定义环境。
4. 编写客户端代码。

示例一：实现表达式计算功能

我们来实现一个简单的表达式计算功能，支持加减乘除四种运算。首先定义语言的文法如下：

<expression> ::= <number> | <expression> <operator> <expression>
<number> ::= <digit> | <number> <digit>
<operator> ::= + | - | * | /
<digit> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

其中，<number> 表示数字，<operator> 表示运算符，<digit> 表示数字的每一位。然后定义终结符表达式和非终结符表达式：

interface Expression {
    int interpret(Context context);
}

class NumberExpression implements Expression {
    private final int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {
        return number;
    }
}

class BinaryExpression implements Expression {
    private final Expression left, right;
    private final char operator;

    public BinaryExpression(Expression left, Expression right, char operator) {
        this.left = left;
        this.right = right;
        this.operator = operator;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {
        int leftValue = left.interpret(context);
        int rightValue = right.interpret(context);

        switch (operator) {
            case '+': return leftValue + rightValue;
            case '-': return leftValue - rightValue;
            case '*': return leftValue * rightValue;
            case '/': return leftValue / rightValue;
            default: throw new IllegalArgumentException("Unknown operator: " + operator);
        }
    }
}

其中，NumberExpression 表示数字，BinaryExpression 表示二元运算符。最后定义环境：

class Context {
    private final Stack<Expression> stack = new Stack<>();

    public Context(String expression) {
        String[] tokens = expression.split("\\s+");

        for (String token : tokens) {
            if (isOperator(token)) {
                Expression right = stack.pop();
                Expression left = stack.pop();
                stack.push(new BinaryExpression(left, right, token.charAt(0)));
            } else {
                int number = Integer.parseInt(token);
                stack.push(new NumberExpression(number));
            }
        }
    }

    private boolean isOperator(String token) {
        return token.length() == 1 && "+-*/".contains(token);
    }

    public int evaluate() {
        return stack.pop().interpret(this);
    }
}

Context 维护了一个栈，按照表达式中的顺序依次将终结符表达式和非终结符表达式入栈，最后通过调用 evaluate() 方法来计算表达式的值。

最后编写客户端代码使用表达式计算功能：

public static void main(String[] args) {
    Context context = new Context("1 2 + 3 *");
    int result = context.evaluate();
    System.out.println(result);  // Output: 9
}

以上示例演示了如何使用解释器模式实现表达式计算功能。

示例二：实现句子解析功能

我们来实现一个简单的句子解析功能，支持解析由名词和动词组成的句子。首先定义语言的文法如下：

<sentence> ::= <noun> <verb>
<noun> ::= he | she | cat | dog
<verb> ::= eats | drinks

其中，<sentence> 表示句子，<noun> 表示名词，<verb> 表示动词。然后定义终结符表达式和非终结符表达式：

interface Expression {
    void interpret(Context context);
}

class NounExpression implements Expression {
    private final String noun;

    public NounExpression(String noun) {
        this.noun = noun;
    }

    @Override
    public void interpret(Context context) {
        context.pushNoun(noun);
    }
}

class VerbExpression implements Expression {
    private final String verb;

    public VerbExpression(String verb) {
        this.verb = verb;
    }

    @Override
    public void interpret(Context context) {
        context.pushVerb(verb);
    }
}

其中，NounExpression 表示名词，VerbExpression 表示动词。最后定义环境：

class Context {
    private final Stack<String> nouns = new Stack<>();
    private final Stack<String> verbs = new Stack<>();

    public void pushNoun(String noun) {
        nouns.push(noun);
    }

    public void pushVerb(String verb) {
        verbs.push(verb);
    }

    public void parse() {
        while (!nouns.empty() && !verbs.empty()) {
            System.out.println(nouns.pop() + " " + verbs.pop());
        }
    }
}

Context 维护了两个栈，分别用于存储名词和动词，通过调用 parse() 方法来解析句子。

最后编写客户端代码使用句子解析功能：

public static void main(String[] args) {
    Context context = new Context();
    Expression sentence = new NounExpression("dog");
    sentence.interpret(context);
    sentence = new VerbExpression("drinks");
    sentence.interpret(context);
    sentence = new NounExpression("cat");
    sentence.interpret(context);
    sentence = new VerbExpression("eats");
    sentence.interpret(context);
    sentence = new NounExpression("mouse");
    sentence.interpret(context);
    sentence = new VerbExpression("runs");
    sentence.interpret(context);
    context.parse();
    // Output:
    // dog drinks
    // cat eats
}

以上示例演示了如何使用解释器模式实现句子解析功能。