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Java设计模式之行为型模式（解释器模式）实现方式详解

news 2025/8/2 5:29:07

解释器模式是一种行为型设计模式，用于定义一种语言的文法，并且构建一个解释器来解释该语言中的句子。这种模式常用于处理简单语言的语法解析。

下面是一个简单的例子，使用Java实现一个基本的四则运算表达式求值器（仅支持加减乘除和括号）。

示例场景：

我们希望创建一个简单的数学表达式求值器，它可以解析并计算像 “3 + 5 * (10 - 4)” 这样的字符串表达式。

解释器模式的核心组件包括：

抽象表达式（Abstract Expression）: 声明一个抽象的解释操作。
终结符表达式（Terminal Expression）: 实现与文法规则中终结符相关的解释操作。
非终结符表达式（Nonterminal Expression）: 为文法规则中的非终结符声明一个解释操作。
上下文（Context）: 包含解释器之外的一些全局信息。

下面是具体的代码实现：

import java.util.Stack;
// 抽象表达式接口
interface Expression {int interpret();
}
// 终结符表达式：数字
class NumberExpression implements Expression {private final int number;public NumberExpression(int number) {this.number = number;}@Overridepublic int interpret() {return number;}
}
// 非终结符表达式基类：二元操作符
abstract class BinaryOperation implements Expression {protected final Expression leftOperand;protected final Expression rightOperand;public BinaryOperation(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {this.leftOperand = leftOperand;this.rightOperand = rightOperand;}
}
// 加法操作
class AddExpression extends BinaryOperation {public AddExpression(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {super(leftOperand, rightOperand);}@Overridepublic int interpret() {return leftOperand.interpret() + rightOperand.interpret();}
}
// 减法操作
class SubtractExpression extends BinaryOperation {public SubtractExpression(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {super(leftOperand, rightOperand);}@Overridepublic int interpret() {return leftOperand.interpret() - rightOperand.interpret();}
}
// 乘法操作
class MultiplyExpression extends BinaryOperation {public MultiplyExpression(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {super(leftOperand, rightOperand);}@Overridepublic int interpret() {return leftOperand.interpret() * rightOperand.interpret();}
}
// 除法操作
class DivideExpression extends BinaryOperation {public DivideExpression(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {super(leftOperand, rightOperand);}@Overridepublic int interpret() {if (rightOperand.interpret() == 0) {throw new ArithmeticException("Cannot divide by zero");}return leftOperand.interpret() / rightOperand.interpret();}
}
public class InterpreterPatternDemo {// 表达式的解析方法public static Expression parse(String expression) {Stack stack = new Stack<>();String[] tokens = expression.split("\\s+");for (String token : tokens) {switch (token) {case "+":Expression addRight = stack.pop();Expression addLeft = stack.pop();stack.push(new AddExpression(addLeft, addRight));break;case "-":Expression subRight = stack.pop();Expression subLeft = stack.pop();stack.push(new SubtractExpression(subLeft, subRight));break;case "*":Expression mulRight = stack.pop();Expression mulLeft = stack.pop();stack.push(new MultiplyExpression(mulLeft, mulRight));break;case "/":Expression divRight = stack.pop();Expression divLeft = stack.pop();stack.push(new DivideExpression(divLeft, divRight));break;default:stack.push(new NumberExpression(Integer.parseInt(token)));break;}}return stack.pop();}public static void main(String[] args) {String expression = "3 + 5 * (10 - 4)";Expression parsedExpression = parse(expression.replaceAll("\\(", "").replaceAll("\\)", ""));System.out.println("Parsed expression: " + expression);System.out.println("Result: " + parsedExpression.interpret());}
}