自定义语言的实现——解释器模式（五）

18.5 再谈Context的作用

在解释器模式中，环境类Context用于存储解释器之外的一些全局信息，它通常作为参数被传递到所有表达式的解释方法interpret()中，可以在Context对象中存储和访问表达式解释器的状态，向表达式解释器提供一些全局的、公共的数据，此外还可以在Context中增加一些所有表达式解释器都共有的功能，减轻解释器的职责。

在上面的机器人控制程序实例中，我们省略了环境类角色，下面再通过一个简单实例来说明环境类的用途：

Sunny软件公司开发了一套简单的基于字符界面的格式化指令，可以根据输入的指令在字符界面中输出一些格式化内容，例如输入“LOOP 2 PRINT杨过 SPACE SPACE PRINT 小龙女 BREAK END PRINT郭靖 SPACE SPACE PRINT 黄蓉”，将输出如下结果：

杨过     小龙女
杨过     小龙女
郭靖     黄蓉

其中关键词LOOP表示“循环”，后面的数字表示循环次数；PRINT表示“打印”，后面的字符串表示打印的内容；SPACE表示“空格”；BREAK表示“换行”；END表示“循环结束”。每一个关键词对应一条命令，计算机程序将根据关键词执行相应的处理操作。

现使用解释器模式设计并实现该格式化指令的解释，对指令进行分析并调用相应的操作执行指令中每一条命令。

Sunny软件公司开发人员通过分析，根据该格式化指令中句子的组成，定义了如下文法规则：

expression ::= command* //表达式，一个表达式包含多条命令
command ::= loop | primitive //语句命令
loop ::= 'loopnumber' expression  'end' //循环命令，其中number为自然数
primitive ::= 'printstring'  | 'space' | 'break' //基本命令，其中string为字符串

根据以上文法规则，通过进一步分析，绘制如图18-6所示结构图：

图18-6 格式化指令结构图

在图18-6中，Context充当环境角色，Node充当抽象表达式角色，ExpressionNode、CommandNode和LoopCommandNode充当非终结符表达式角色，PrimitiveCommandNode充当终结符表达式角色。完整代码如下所示：

import java.util.*;  

//环境类：用于存储和操作需要解释的语句，在本实例中每一个需要解释的单词可以称为一个动作标记(Action Token)或命令  
class Context {  
    private StringTokenizer tokenizer; //StringTokenizer类，用于将字符串分解为更小的字符串标记(Token)，默认情况下以空格作为分隔符  
    private String currentToken; //当前字符串标记  

    public Context(String text) {  
        tokenizer = new StringTokenizer(text); //通过传入的指令字符串创建StringTokenizer对象  
        nextToken();  
    }  

    //返回下一个标记  
    public String nextToken() {  
        if (tokenizer.hasMoreTokens()) {  
            currentToken = tokenizer.nextToken();  
        }  
        else {  
            currentToken = null;  
        }  
        return currentToken;  
    }  

    //返回当前的标记  
    public String currentToken() {  
        return currentToken;  
    }  

    //跳过一个标记  
    public void skipToken(String token) {  
        if (!token.equals(currentToken)) {  
            System.err.println("错误提示：" + currentToken + "解释错误！");  
            }  
        nextToken();  
    }  

    //如果当前的标记是一个数字，则返回对应的数值  
    public int currentNumber() {  
        int number = 0;  
        try{  
            number = Integer.parseInt(currentToken); //将字符串转换为整数  
        }  
        catch(NumberFormatException e) {  
            System.err.println("错误提示：" + e);  
        }  
        return number;  
    }  
}  

//抽象节点类：抽象表达式  
abstract class Node {  
    public abstract void interpret(Context text); //声明一个方法用于解释语句  
    public abstract void execute(); //声明一个方法用于执行标记对应的命令  
}  

//表达式节点类：非终结符表达式  
class ExpressionNode extends Node {  
    private ArrayList<Node> list = new ArrayList<Node>(); //定义一个集合用于存储多条命令  

    public void interpret(Context context) {  
        //循环处理Context中的标记  
        while (true){  
            //如果已经没有任何标记，则退出解释  
            if (context.currentToken() == null) {  
                break;  
            }  
            //如果标记为END，则不解释END并结束本次解释过程，可以继续之后的解释  
            else if (context.currentToken().equals("END")) {  
                context.skipToken("END");  
                break;  
            }  
            //如果为其他标记，则解释标记并将其加入命令集合  
            else {  
                Node commandNode = new CommandNode();  
                commandNode.interpret(context);  
                list.add(commandNode);  
            }  
        }  
    }  

    //循环执行命令集合中的每一条命令  
    public void execute() {  
        Iterator iterator = list.iterator();  
        while (iterator.hasNext()){  
            ((Node)iterator.next()).execute();  
        }  
    }  
}  

//语句命令节点类：非终结符表达式  
class CommandNode extends Node {  
    private Node node;  

    public void interpret(Context context) {  
        //处理LOOP循环命令  
        if (context.currentToken().equals("LOOP")) {  
            node = new LoopCommandNode();  
            node.interpret(context);  
        }  
        //处理其他基本命令  
        else {  
            node = new PrimitiveCommandNode();  
            node.interpret(context);  
        }  
    }  

    public void execute() {  
        node.execute();  
    }  
}  

//循环命令节点类：非终结符表达式  
class LoopCommandNode extends Node {  
    private int number; //循环次数  
    private Node commandNode; //循环语句中的表达式  

    //解释循环命令  
    public void interpret(Context context) {  
        context.skipToken("LOOP");  
        number = context.currentNumber();  
        context.nextToken();  
        commandNode = new ExpressionNode(); //循环语句中的表达式  
        commandNode.interpret(context);  
    }  

    public void execute() {  
        for (int i=0;i<number;i++)  
            commandNode.execute();  
    }  
}  

//基本命令节点类：终结符表达式  
class PrimitiveCommandNode extends Node {  
    private String name;  
    private String text;  

    //解释基本命令  
    public void interpret(Context context) {  
        name = context.currentToken();  
        context.skipToken(name);  
        if (!name.equals("PRINT") && !name.equals("BREAK") && !name.equals ("SPACE")){  
            System.err.println("非法命令！");  
        }  
        if (name.equals("PRINT")){  
            text = context.currentToken();  
            context.nextToken();  
        }  
    }  

    public void execute(){  
        if (name.equals("PRINT"))  
            System.out.print(text);  
        else if (name.equals("SPACE"))  
            System.out.print(" ");  
        else if (name.equals("BREAK"))  
            System.out.println();  
    }  
}  

在本实例代码中，环境类Context类似一个工具类，它提供了用于处理指令的方法，如nextToken()、currentToken()、skipToken()等，同时它存储了需要解释的指令并记录了每一次解释的当前标记(Token)，而具体的解释过程交给表达式解释器类来处理。我们还可以将各种解释器类包含的公共方法移至环境类中，更好地实现这些方法的重用和扩展。

针对本实例代码，我们编写如下客户端测试代码：

class Client{  
    public static void main(String[] args){  
        String text = "LOOP 2 PRINT 杨过 SPACE SPACE PRINT 小龙女 BREAK END PRINT 郭靖 SPACE SPACE PRINT 黄蓉";  
        Context context = new Context(text);  

        Node node = new ExpressionNode();  
        node.interpret(context);  
        node.execute();  
    }  
}  

编译并运行程序，输出结果如下：

杨过     小龙女
杨过     小龙女
郭靖     黄蓉

思考

预测指令“LOOP 2 LOOP 2 PRINT杨过 SPACE SPACE PRINT 小龙女 BREAK END PRINT 郭靖 SPACE SPACE PRINT 黄蓉 BREAK END”的输出结果。