设计模式是什么鬼(解释器)


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解释,一定是针对某种语言的拆解、释意,并按照文法翻译、转换成另一种表达形式以达到目标能够理解的目的。比如我们都知道Java编程语言是人类可以理解的语言,程序写好后要先进行编译生成字节码(class文件),然后对此文件解释成机器码,最终机器才可以理解并执行,这就是解释器存在的意义。

设计模式是什么鬼(解释器)

就拿我们人类的自然语言来举例,比如我们要进行英文翻译工作,首先要对一句话(表达式)进行拆解,而拆开后的单词就成了不可再分的终极表达式,例如说对英语句子“I love you”(非终极表达式)进行拆解,按空格分割为单词“I”、“love”、“you”(终极表达式),然后翻译每个单词再合并成“我爱你”,貌似很简单的样子。再看句子“I love that you love”,翻译成“我爱你那个你爱”。

设计模式是什么鬼(解释器)

这简直太荒谬了,这句明明是“我爱你所爱”的意思,貌似这里的拆解方式是有讲究的。“that you love”在这里应该是作为从句出现,所以它应该属于一个特殊的“非终极表达式”,有自己独特的翻译方式,而不是简单的单词拼接了。我们意识到语言的翻译绝非易事,但至少我们通过思考搞明白了终极与非终极表达式的区别、表达式的多态性、以及表达式的自包含关系结构。

化繁为简,为了保持例子的简约实用风格,我们决定自己发明一种语言,什么语言呢?对于骨灰级网游玩家来说打怪升级是最漫长的过程,既浪费时间又伤害身体,该怎么解决这个问题呢?有网瘾,电电就好。

设计模式是什么鬼(解释器)

开给玩笑,所以呢我们研发了一款挂机程序并起名”耗子精“,它可以直接发送指令给鼠标驱动来实现点击、移动操作,从此解放我们的双手让游戏人物自动打怪升级。既然不操作鼠标,那就需要一段脚本告诉“耗子精”怎样去操作鼠标指针,于是我们发明了一种脚本语言“精神食粮”,像是下面这样:

1BEGIN                // 脚本开始
2MOVE 500,600;        // 鼠标移动到坐标(500, 600)
3    BEGIN LOOP 5     // 开始循环5次
4        LEFT_CLICK;  // 循环体内单击左键
5        DELAY 1;     // 每次延时1秒
6    END;             // 循环体结束
7RIGHT_DOWN;          // 按下右键
8DELAY 7200;          // 延时2小时
9END;                 // 脚本结束

看注释很容易就能理解这是要干什么了,玩家先让鼠标挪动到地图的某个点上,然后不停地点击了n次(比如此处简化为5次)过后人物便到达了刷怪地点了(计算好延时时间),最后按下右键触发技能并一直不松开,直到挂机2小时后结束,这样便实现了自动打怪升级。

我们现在来对这个语言的表达式进行拆解、抽象、建模,可以看到除了循环(非终极表达式)以外其他的都是单个命令不可以拆了,也就是我们之前讲过的终极表达式,按照这个脚本我们先看一张结构图。

 

设计模式是什么鬼(解释器)

可以看到从始发节点“指令序列表达式”(根)开始被拆解成三个分支,第一步和第三步都是执行鼠标动作的终极表达式了(叶),而第二步的“循环”则属于非终极表达式(枝),它的循环体内可以包含多步指令,所以它包括一个子指令集(枝),然后继续往下延续出“左键单击表达式”(枝)和“系统延时表达式”(叶),最后“单击”其实就是“按下”与“松开”的组合了。有没有这个语义树结构好像似曾相识?没错,这就是之前讲过的“组合模式”,我们正是利用了“组合模式”(强调结构型)的结构模型构建了这个语义树(Syntax Tree),来完成我们的翻译工作(这里强调行为型)。

开始写代码,这么多表达式到底应该从哪里开始定义呢?不管三七二十一它们统统都是表达式,先写个表达式总抽象。

1public interface Expression { // 表达式接口
2    public void interpret(); // 解释方法
3}

可以看到这个接口定义了表达式的通用解释方法标准,一切表达式都得符合这个规则。接下来我们先从最基本的原子操作(终极表达式)开始定义实现类,它们应该依次是移动鼠标、左(右)键按下(松开)、系统延时表达式等,雷同的我们不做赘述,读者可以自己实现。

 1public class Move implements Expression {
 2    // 鼠标位置坐标
 3    private int x, y;
 4
 5    public Move(int x, int y) {
 6        this.x = x;
 7        this.y = y;
 8    }
 9
10    public void interpret() {
11        System.out.println("移动鼠标:【" + x + "," + y + "】");
12    }
13
14}
1public class LeftDown implements Expression {
2
3    public void interpret() {
4        System.out.println("按下鼠标:左键");
5    }
6
7}
1public class LeftUp implements Expression {
2
3    public void interpret() {
4        System.out.println("松开鼠标:左键");
5    }
6
7}
 1public class Delay implements Expression {
 2
 3    private int seconds;// 延时秒数
 4
 5    public Delay(int seconds) {
 6        this.seconds = seconds;
 7    }
 8
 9    public int getSeconds() {
10        return seconds;
11    }
12
13    public void interpret() {
14        System.out.println("系统延迟:" + seconds + "秒钟");
15        try {
16            Thread.sleep(seconds * 1000);
17        } catch (InterruptedException e) {
18            e.printStackTrace();
19        }
20    }
21
22}

很简单,它们都实现了interpret方法,并进行了相关操作的模拟。照猫画虎,下来实现非终极表达式:左(右)键单击表达式、循环表达式、以及指令集序列表达式等。

 1public class LeftClick implements Expression {
 2
 3    private Expression leftDown;
 4    private Expression leftUp;
 5
 6    public LeftClick() {
 7        this.leftDown = new LeftDown();
 8        this.leftUp = new LeftUp();
 9    }
10
11    public void interpret() {
12        //单击=先按下再松开
13        leftDown.interpret();
14        leftUp.interpret();
15    }
16
17}

这里有点意思了,单击表达式被我们继续拆分成“按下”及“松开”两个原子操作,由于点击是个固定的死操作,并不需要提供给客户端任何灵活性把它们传入进来,所以我们在构造时(第7行)主动实例化了它们。接下来是循环表达式,我们需要知道循环次数,以及循环体内要执行的表达式。

 1public class Repetition implements Expression {
 2
 3    private int loopCount;// 循环次数
 4    private Expression expression;// 循环体表达式
 5
 6    public Repetition(Expression expression, int loopCount) {
 7        this.expression = expression;
 8        this.loopCount = loopCount;
 9    }
10
11    public void interpret() {
12        while (loopCount > 0) {
13            expression.interpret();
14            loopCount--;
15        }
16    }
17
18}

清晰明了,循环表达式被初始化后用这些参数进行循环、并调用循环体表达式的解释方法,继续向下传递,至于这个表达式里具体还有什么子表达式我们根本不关心,这里主要负责循环调用,仅此而已。最后就是指令集序列表达式的实现了。

 1public class Sequence implements Expression {
 2    // 指令集序列
 3    private List<Expression> expressions;
 4
 5    public Sequence(List<Expression> expressions) {
 6        this.expressions = expressions;
 7    }
 8
 9    public void interpret() {
10        // 循环挨个解析每条指令
11        expressions.forEach(exp -> exp.interpret());
12    }
13
14}

我们要运行的脚本一定是有先后顺序的,所以这个指令集表达式里包含一个List<Expression>,在构造时(第5行)由客户端传入,并于第11行挨个顺序调用解释方法。貌似脚本用到的表达式已经定义完毕,客户端开始调用。

 1public class Client {
 2    public static void main(String[] args) {
 3        /*
 4         * BEGIN             // 脚本开始
 5         * MOVE 500,600;     // 鼠标移动到坐标(500, 600)
 6         *  BEGIN LOOP 5     // 开始循环5次
 7         *      LEFT_CLICK;  // 循环体内单击左键
 8         *      DELAY 1;     // 每次延时1秒
 9         *  END;             // 循环体结束
10         * RIGHT_DOWN;       // 按下右键
11         * DELAY 7200;       // 延时2小时
12         * END;              // 脚本结束
13         */
14
15        // 构造指令集语义树,实际情况会交给语法解析器(Evaluator or Parser)。
16        Expression sequence = new Sequence(Arrays.asList(
17            new Move(500, 600), 
18            new Repetition(
19                new Sequence(
20                    Arrays.asList(new LeftClick(), 
21                    new Delay(1))
22                ),
23                5
24            ), 
25            new RightDown(),
26            new Delay(7200)
27        ));
28
29        sequence.interpret();
30        /*打印输出
31            移动鼠标:【500,600】
32            按下鼠标:左键
33            松开鼠标:左键
34            系统延迟:1秒钟
35            按下鼠标:左键
36            松开鼠标:左键
37            系统延迟:1秒钟
38            按下鼠标:左键
39            松开鼠标:左键
40            系统延迟:1秒钟
41            按下鼠标:左键
42            松开鼠标:左键
43            系统延迟:1秒钟
44            按下鼠标:左键
45            松开鼠标:左键
46            系统延迟:1秒钟
47            按下鼠标:右键
48            系统延迟:7200秒钟
49         */
50    }
51}

注意看第16行,仔细参照注释中的脚本并实例化我们的语义树结构,最后只需调用根节点的interpret()方法即可完成整个解释工作。其实对于这个脚本转语义树的工作我们完全可以自己实现一个Evaluator来分析这段脚本并生成语义树(类似于编译的过程),由于这并不属于解释器模式的范畴,所以我们就不混淆进来了,这里我们留给读者朋友自己实现。

终于,“耗子精”有了脚本识别的能力,并顺利对接鼠标驱动,帮我们自动完成升级,玩家再也不用没日没夜地做那些无聊至极的重复动作了,并且后期如果需要更多的功能还可以对表达式继续进行扩展(比如对键盘指令的解释),我们只需优雅地植入语义树即可,就这么简单。正是因为我们对语言的语法解析、表达式抽象化,关系结构化,使得让翻译工作变得即插即用,解释器模式不但提高了代码的易读性、易用性、可维护性,更重要的是对未来语言变化的可扩展性。

设计模式是什么鬼(解释器)

语言是可以拆解的,句子是可以包括从句(子句)或单词的,单词是具有终极原子性的,它们统统重复出现。


作者:后端技术精选,发布于:2019/01/14
原文:https://www.cnblogs.com/javazhiyin/p/10255287.html