淺談Interpreter解釋器模式

1、前言

    這是咱們23個設計模式中最後一個設計模式了，你們或許也沒想到吧，居然是編譯原理上的編譯器，這樣說可能不對，由於編譯器分爲幾個部分組成呢，好比詞法分析器、語法分析器、語義分析器、中間代碼優化器以及最終的最終代碼生成器。而這個解釋器其實就是完成了對語法的解析，將一個個的詞組解釋成了一個個語法範疇，以後拿來使用而已。

   爲何會有這個解釋器模式呢，我想這是從編譯原理中受到啓發的，使用了這樣的一個解釋器能夠在Java語言之上在定義一層語言，這種語言經過Java編寫的解釋器能夠放到Java環境中去執行，這樣若是用戶的需求發生變化，好比打算作其餘事情的時候，只用在本身定義的新的語言上進行修改，對於Java編寫的代碼不須要進行任何的修改就能在Java環境中運行，這是很是有用的。這就好像，雖然無論怎麼編譯，最終由中間代碼生成最終代碼（機器碼）是依賴於相應的機器的。可是編譯器卻能理解高級語言和低級語言，不管高級語言的程序是怎麼樣編寫的，編譯器的代碼是不用修改的，而解釋器模式就是想作一個創建在Java和咱們自定義語言之間的編譯器。

2、代碼

本程序使用自頂向下文法來解析源程序：

   首先是文法的定義：

<program> -> program <Command List>

<Command List> -> <Command>*   end

<Command> -> <Repeat Command> | <Primitive Command>

<Repeat Command> -> repeat <number> <Command List>

<Primitive Command> -> go | right | left

由此能夠生成一顆語法樹。

    而後使用自頂向下文法生成這樣的語法樹，自頂向下文法從根節點開始，不斷的向下解析，遇到一個語法範疇就嘗試着本身的定義去解析，直至解析到相應的程序，這裏要注意二義性問題，不能嘗試兩種解析方式都能對源程序解析成功；在實現的時候將一個語法範疇定義爲一個類，而後不斷地遞歸的去解析，直至到了葉子節點，將全部的單詞解析完畢。

 Node抽象類：

package zyr.dp.interpreter;
 
 public abstract class Node {
     public abstract void parse(Context context) throws ParseException;
 }

 ProgramNode：起始節點  <program> -> program <Command List>

package zyr.dp.interpreter;

public class ProgramNode extends Node {

    private Node commandListNode;
    public void parse(Context context) throws ParseException {
        context.skipToken("program");
        commandListNode=new CommandListNode();
        commandListNode.parse(context);
    }
    public String toString(){
        return "[program "+commandListNode+"]";
    }

}

CommandListNode類： <Command List> -> <Command>* end

package zyr.dp.interpreter;

import java.util.ArrayList;

public class CommandListNode extends Node {

    private ArrayList list=new ArrayList();
    
    public void parse(Context context) throws ParseException {
        while(true){
            if(context.getCurrentToken()==null){
                throw new ParseException("錯誤！！！"+"當前字符爲空");
            }else if(context.getCurrentToken().equals("end")){
                context.skipToken("end");
                break;
            }else{
                Node commandNode=new CommandNode();
                commandNode.parse(context);
                list.add(commandNode);
            }
        }
    }
    
    public String toString(){
        return list.toString();
    }

}

CommandNode類： <Command> -> <Repeat Command> | <Primitive Command>

package zyr.dp.interpreter;

public class CommandNode extends Node {

    private Node node;
    public void parse(Context context) throws ParseException {
        if(context.getCurrentToken().equals("repeat")){
            node = new RepeatCommandNode();
            node.parse(context);
        }else{
            node = new PrimitiveCommandNode();
            node.parse(context);
        }
    }
    
    public String toString(){
        return node.toString();
    }

}

ReapeatCommandNode類：

package zyr.dp.interpreter;

public class RepeatCommandNode extends Node {

    private int number;
    private Node commandListNode;
    public void parse(Context context) throws ParseException {
        context.skipToken("repeat");
        number=context.currentNumber();
        context.nextToken();
        commandListNode=new CommandListNode();
        commandListNode.parse(context);
    }
    public String toString(){
        return "[repeat "+number+"  "+commandListNode+"]";
    }

}

 PrimitiveCommandNode類：<Primitive Command> -> go | right | left

package zyr.dp.interpreter;

public class PrimitiveCommandNode extends Node {

    String name;
    public void parse(Context context) throws ParseException {
        name=context.getCurrentToken();
        context.skipToken(name);
        if(!name.equals("go") && !name.equals("left") && !name.equals("right") ){
            throw new ParseException("錯誤！！！非法字符："+name);
        }
    }

    public String toString(){
        return name;
    }
}

 ParseException類：

package zyr.dp.interpreter;

public class ParseException extends Exception {

    private static final long serialVersionUID = 3996163326179443976L;

    public ParseException(String word){
        super(word);
    }

}

Context類，承載了詞法分析的職責，爲上面的語法樹提供單詞，遍歷程序。

package zyr.dp.interpreter;

import java.util.StringTokenizer;

public class Context {

    private StringTokenizer tokenizer ;
    private String currentToken;
    public Context(String token){
        tokenizer=new StringTokenizer(token);
        nextToken();
    }
    public String nextToken() {
        if(tokenizer.hasMoreTokens()){
            currentToken=tokenizer.nextToken();
        }else{
            currentToken=null;
        }
        return currentToken;
    }
    public String getCurrentToken(){
        return currentToken;
    }
    public void skipToken(String token) throws ParseException{
        if(!token.equals(currentToken)){
            throw new ParseException("錯誤！！！"+"期待"+currentToken+"可是卻獲得"+token);
        }
        nextToken();
    }
    public int currentNumber() throws ParseException{
        int num=0;
        try{
            num=Integer.parseInt(currentToken);
        }catch(NumberFormatException e){
            throw new ParseException(e.toString());
        }
        return num;
    }
    
}

Main類，讀取用戶編寫的程序而且執行詞法分析和語法分析。這裏的詞法分析就是簡單的遍歷程序，語法分析採用的自頂向下的語法分析，對於上下文無關文法能夠檢測到語法錯誤，而且能生成語法範疇，可是這些語法範疇是咱們能看到的，不是及其最終能夠拿來去處理的，真正要編寫編譯系統，最好使用，自下而上的算符優先文法等方式來分析。

package zyr.dp.text;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

import zyr.dp.interpreter.*;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        
        try {
            BufferedReader  reader = new BufferedReader(new FileReader("program.txt"));
            String line=null;
            while((line=reader.readLine())!=null){
                System.out.println("源程序爲："+line);
                System.out.println("自頂向下解析爲：");
                Node node=new ProgramNode();
                node.parse(new Context(line));
                System.out.println(node);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ParseException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }

}

運行結果：

  源程序：

在這裏我專門寫錯了一個源程序：

program end
program go end
program go right  go right  go right  go right  go right  go right  end
program repeat 4 go right end end
program repeat 4 repeat 3  go right end go right end end
program repeat 4 go right end

能夠看到編譯器檢測到了語法錯誤，對於語法正確的，也形式化的生成了本身的分析結果，使用[ ]括起來的就是語法範疇了，造成層次遞歸嵌套結構。

3、總結

    最後的設計模式是解釋器模式，在Java這種高級語言之上再次定義一種語言的編譯器，而後在不改動這個編譯器的條件下，也就是不改變Java代碼就可以隨意的書寫更高級的代碼，而後執行。在這種模式之下java程序都不用修改，只用修改上面的文本文件就能夠了，很是的方便，適合於結構已經固定，可是能夠隨意修改功能的場合。

 

淺談設計模式<最通俗易懂的講解>