设计模式：解释器（Interpreter）模式
一、前言
这是我们23个设计模式中最后一个设计模式了，大家或许也没想到吧，竟然是编译原理上的编译器，这样说可能不对，因为编译器分为几个部分组成呢，比如词法分析器、语法分析器、语义分析器、中间代码优化器以及最终的最终代码生成器。而这个解释器其实就是完成了对语法的解析，将一个个的词组解释成了一个个语法范畴，之后拿来使用而已。
为什么会有这个解释器模式呢，我想这是从编译原理中受到启发的，使用了这样的一个解释器可以在Java语言之上在定义一层语言，这种语言通过Java编写的解释器可以放到Java环境中去执行，这样如果用户的需求发生变化，比如打算做其他事情的时候，只用在自己定义的新的语言上进行修改，对于Java编写的代码不需要进行任何的修改就能在Java环境中运行，这是非常有用的。这就好像，虽然不管怎么编译，最终由中间代码生成最终代码（机器码）是依赖于相应的机器的。但是编译器却能理解高级语言和低级语言，无论高级语言的程序是怎么样编写的，编译器的代码是不用修改的，而解释器模式就是想做一个建立在Java和我们自定义语言之间的编译器。
二、代码
本程序使用自顶向下文法来解析源程序：
首先是文法的定义：
1 <program> -> program <Command List>
2
3 <Command List> -> <Command>* end
4
5 <Command> -> <Repeat Command> | <Primitive Command>
6
7 <Repeat Command> -> repeat <number> <Command List>
8
9 <Primitive Command> -> go | right | left
由此可以生成一颗语法树。
然后使用自顶向下文法生成这样的语法树，自顶向下文法从根节点开始，不断的向下解析，遇到一个语法范畴就尝试着自己的定义去解析，直至解析到相应的程序，这里要注意二义性问题，不能尝试两种解析方式都能对源程序解析成功；在实现的时候将一个语法范畴定义为一个类，然后不断地递归的去解析，直至到了叶子节点，将所有的单词解析完毕。
Node抽象类：
package zyr.dp.interpreter;
public abstract class Node {
public abstract void parse(Context context) throws ParseException;
}
ProgramNode：起始节点 <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类： <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("错误！！！"+"当前字符为空");
}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类： <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();
}
}
RepeatCommandNode 类：<Repeat Command> -> repeat <number> <Command List>
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类：<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("错误！！！非法字符："+name);
}
}
public String toString(){
return name;
}
}
ParseException类：
package zyr.dp.interpreter;
public class ParseException extends Exception {
private static final long serialVersionUID = 3996163326179443976L;
public ParseException(String word){
super(word);
}
}
Context 类，承载了词法分析的职责，为上面的语法树提供单词，遍历程序，当然没考虑到程序的注释等处理信息。
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("错误！！！"+"期待"+currentToken+"但是却得到"+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类，读取用户编写的程序并且执行词法分析和语法分析。这里的词法分析就是简单的遍历程序，语法分析采用的自顶向下的语法分析，对于上下文无关文法可以检测到语法错误，并且能生成语法范畴，但是这些语法范畴是我们能看到的，不是及其最终可以拿来去处理的，真正要编写编译系统，最好使用，自下而上的算符优先文法等方式来分析。
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("源程序为："+line);
System.out.println("自顶向下解析为：");
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();
} } }
运行结果：
源程序：
在这里我专门写错了一个源程序：
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
6 program repeat 4 go right end
可以看到编译器检测到了语法错误，对于语法正确的，也形式化的生成了自己的分析结果，使用[ ]括起来的就是语法范畴了，形成层次递归嵌套结构。
三、总结
最后的设计模式是解释器模式，在Java这种高级语言之上再次定义一种语言的编译器，然后在不改动这个编译器的条件下，也就是不改变Java代码就能够随意的书写更高级的代码，然后执行。在这种模式之下java程序都不用修改，只用修改上面的文本文件就可以了，非常的方便，适合于结构已经固定，但是可以随意修改功能的场合。