Java - GoF设计模式详解13（解释器模式）
作者：hangge | 2023-05-17 08:10
十三、解释器模式
1，基本介绍
（1）解释器模式（Interpreter ）：给定一种语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，该解释器根据文法表示来解释语言中的句子。
（2）解释器模式通常用于处理简单的语言或脚本，解释器模式通常用于以下场景：
- 当需要实现一个简单的语言或脚本时，可以使用解释器模式。例如，可以使用解释器模式实现简单的表达式求值器，或者实现简单的脚本语言来控制游戏的流程。
- 当需要对输入的某种语言进行解析时，可以使用解释器模式。例如，可以使用解释器模式来实现 SQL 解析器，将 SQL 语句解析为数据库操作。
- 当需要对一个复杂的问题进行分解，并使用解释器来解决每个子问题时，可以使用解释器模式。例如，可以使用解释器模式来实现某种算法，将复杂的算法分解成若干个子问题，然后使用解释器来解决每个子问题。
（2）该模式中包含的角色及其职责如下：
- 抽象表达式（Abstract Expression）：定义解释器的接口，约定解释器所包含的操作，比如 interpret() 方法。
- 终结符表达式（Terminal Expression）：抽象表达式的子类，实现与文法中的终结符相关联的解释操作，文法中的每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。
- 非终结符表达式（Nonterminal Expression）：抽象表达式的子类，文法中的每条规则都需要一个具体的非终结符表达式，非终结符表达式一般是文法中的运算符或其他关键字，比如关系运算符和逻辑运算符，它有两个或多个终结符表达式组成。
- 环境（Context）：存储解释器之外的一些全局信息。
2，使用样例
（1）我们使用解释器模式来实现一个计算器，该计算器能够解析算术表达式并计算结果。首先，我们需要定义一个抽象的表达式（Abstract Expression）类，它声明了一个抽象的解释操作：
// 抽象的表达式（Expression）类
public abstract class Expression {
public abstract int interpret();
}
（2）然后，我们定义 1 个表示数字的终结符表达式（Terminal Expression）类：
// 表示数字的终结符表达式（Terminal Expression）类
public class NumberExpression extends Expression {
private int number;
public NumberExpression(int number) {
this.number = number;
}
@Override
public int interpret() {
return number;
}
}
（3）接着，我们定义四个非终结符表达式（Nonterminal Expression）类，分别表示数字、加号、减号和乘号这四种语法元素。
- 下面是表示加法的非终结符表达式（Nonterminal Expression）类：
// 加法非终结符表达式
public class PlusExpression extends Expression {
private Expression left;
private Expression right;
public PlusExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public int interpret() {
return left.interpret() + right.interpret();
}
}
- 下面是表示减法的非终结符表达式（Nonterminal Expression）类：
// 减法非终结符表达式
public class MinusExpression extends Expression {
private Expression left;
private Expression right;
public MinusExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public int interpret() {
return left.interpret() - right.interpret();
}
}
- 下面是表示乘法的非终结符表达式（Nonterminal Expression）类：
// 乘法非终结符表达式
public class MultiplyExpression extends Expression {
private Expression left;
private Expression right;
public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public int interpret() {
return left.interpret() * right.interpret();
}
}
- 下面是表示除法的非终结符表达式（Nonterminal Expression）类：
// 除法非终结符表达式
public class DivisionExpression extends Expression {
private Expression left;
private Expression right;
public DivisionExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public int interpret() {
return left.interpret() / right.interpret();
}
}
（4）最后我们可以使用以下代码来测试计算器的功能。我们定义了一个包含加减乘除各种运算的表达式，计算器将解析并计算该表达式的值，最终输出 30。
public class Test {
@SneakyThrows
public static void main(String[] args) {
// (10-5)*(1+10/2)
Expression expression = new MultiplyExpression(
new MinusExpression(new NumberExpression(10), new NumberExpression(5)),
new PlusExpression(
new NumberExpression(1),
new DivisionExpression(new NumberExpression(10), new NumberExpression(2)))
);
int result = expression.interpret();
System.out.println(result); // 输出 30
}
}
附一：EL 表达式中的解释器模式
（1）Java 中的解释器模式在 javax.el 包中实现。javax.el 包提供了一个表达式语言（Expression Language，简称 EL），可以在 Java 中使用简单的语法来表示各种操作。例如，我们可以使用 EL 表达式来访问 Java 对象的属性、调用方法，以及进行条件判断和循环操作。
（2）在下面的代码中，我们使用 ELProcessor 类来解析 EL 表达式。ELProcessor 类是一个解释器，它能够将 EL 表达式解析为 Java 的运算结果。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ELProcessor el = new ELProcessor();
// 数值计算
long result = (long)el.eval("1 + 2 * 3");
System.out.println(result); // prints 7
// 逻辑运算
boolean condition = (boolean)el.eval("true && false");
System.out.println(condition); // prints false
// 字符串拼接
String hello = (String)el.eval("'Hello, '.concat('World!')");
System.out.println(hello); // prints "Hello, World!"
// bean访问
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("name", "航歌");
map.put("age", "100");
el.defineBean("bean", map);
String name = (String)el.eval("bean.name");
System.out.println(name); // prints "航歌!"
}
}
（3）EL 表达式在 Java Web 应用程序中非常常见，可以在 JSP 文件、JSF 页面和其他类型的模板文件中使用。例如，我们可以在 JSP 文件中使用 EL 表达式来访问 JavaBean 的属性、调用方法，并将结果嵌入到 HTML 文档中。比如下面的 JSP 文件中，我们使用了 EL 表达式 ${bean.greeting()} 来调用 JavaBean 的 greeting() 方法，并将结果嵌入到 HTML 文档中。
<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"
pageEncoding="UTF-8"%>
<%@ taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" %>
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>EL Example</title>
</head>
<body>
<h1>EL Example</h1>
<p>Greeting: ${bean.greeting()}</p>
</body>
</html>
附二：Spring 中的解释器模式
（1）Spring 框架中 SpelExpressionParser 使用到了解释器模式。Spring Expression Language（SpEL）是一种强大的表达式语言，它可以用于在运行时计算表达式的值。SpEL 主要用于在 Spring 框架中的各种地方，如 XML 配置文件和注解中，提供灵活的表达式语言支持。（2）SpEL 使用类似于 Java 的表达式语法，包括运算符、方法调用和访问对象属性等。它还提供了一些额外的功能，如访问上下文对象、调用静态方法和实例化对象等。下面是一些 SpEL 示例：
- 计算数学表达式：2 + 3 * 5
- 调用方法：'Hello, World!'.substring(6)
- 访问对象属性：person.name
- 调用静态方法：T(java.lang.Math).PI
- 实例化对象：new com.example.Person('John', 'Doe')
public class Test {
public static void main(String[] args) {
SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
// 计算数学表达式：2 + 3 * 5
Expression expression = parser.parseExpression("2+3*5");
int result1 = (Integer) expression.getValue();
System.out.println(result1); //17
// 调用方法：'Hello, World!'.substring(3)
expression = parser.parseExpression("'Hello, World!'.substring(3)");
String result2 = (String) expression.getValue();
System.out.println(result2); //lo, World!
}
}
（3）SpEL 也支持使用 #{} 语法在 XML 配置文件中使用表达式，例如在下面的例子中，SpEL 会在运行时计算表达式 systemProperties.userName 的值，并将结果赋值给 exampleBean 的 name 属性。
<bean id="exampleBean" class="com.example.ExampleBean">
<property name="name" value="#{systemProperties.userName}" />
</bean>
（4）SpEL 还可以用于 Spring 注解中，例如在下面的例子中，SpEL 会在运行时计算表达式 systemProperties.userName 的值，并将结果赋值给注解所修饰的字段 name。
@Value("#{systemProperties.userName}")
private String name;
（5）另外，SpEL 还提供了一些特殊的函数，如：
- T() 函数用于指定类型，例如 T(java.lang.Math).PI 表示访问 java.lang.Math 类的静态字段 PI。
- null 函数用于返回 null 值，例如 null() 表示返回 null。
- literal() 函数用于将字符串解析为相应的类型，例如 literal('1') 会解析为整数 1。
（6）SpEL 还支持一些常用的运算符，包括算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、三元运算符等。例如，下面是一些算术运算符的示例：
- + 加法运算符
- - 减法运算符
- * 乘法运算符
- / 除法运算符
- % 取模运算符
（7）总之，SpEL 是一种强大的表达式语言，可以用于在运行时计算表达式的值，并且可以在 Spring 框架的各种地方使用。它提供了类似于 Java 的表达式语法，并支持调用方法、访问对象属性、调用静态方法和实例化对象等功能。
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