自定义语言的实现——解释器模式（四）

完整解决方案

为了能够解释机器人控制指令，Sunny 软件公司开发人员使用解释器模式来设计和实现机器人控制程序。针对五条文法规则，分别提供五个类来实现，其中终结符表达式 direction、action 和 distance 对应 DirectionNode 类、ActionNode 类和 DistanceNode 类，非终结符表达式 expression 和 composite 对应 SentenceNode 类和 AndNode 类。

我们可以通过抽象语法树来表示具体解释过程，例如机器人控制指令“down run 10 and left move 20”对应的抽象语法树如图所示：

机器人控制程序实例基本结构如图所示：

在图中，AbstractNode 充当抽象表达式角色，DirectionNode、ActionNode 和 DistanceNode 充当终结符表达式角色，AndNode 和 SentenceNode 充当非终结符表达式角色。完整代码如下所示：

//注：本实例对机器人控制指令的输出结果进行模拟，将英文指令翻译为中文指令，实际情况是调用不同的控制程序进行机器人的控制，包括对移动方向、方式和距离的控制等
import java.util.*;

//抽象表达式
abstract class AbstractNode {
    public abstract String interpret();
}

//And解释：非终结符表达式
class AndNode extends AbstractNode {
    private AbstractNode left; //And的左表达式
    private AbstractNode right; //And的右表达式

    public AndNode(AbstractNode left, AbstractNode right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    //And表达式解释操作
    public String interpret() {
        return left.interpret() + "再" + right.interpret();
    }
}

//简单句子解释：非终结符表达式
class SentenceNode extends AbstractNode {
    private AbstractNode direction;
    private AbstractNode action;
    private AbstractNode distance;

    public SentenceNode(AbstractNode direction,AbstractNode action,AbstractNode distance) {
        this.direction = direction;
        this.action = action;
        this.distance = distance;
    }

    //简单句子的解释操作
    public String interpret() {
        return direction.interpret() + action.interpret() + distance.interpret();
    }   
}

//方向解释：终结符表达式
class DirectionNode extends AbstractNode {
    private String direction;

    public DirectionNode(String direction) {
        this.direction = direction;
    }

    //方向表达式的解释操作
    public String interpret() {
        if (direction.equalsIgnoreCase("up")) {
            return "向上";
        }
        else if (direction.equalsIgnoreCase("down")) {
            return "向下";
        }
        else if (direction.equalsIgnoreCase("left")) {
            return "向左";
        }
        else if (direction.equalsIgnoreCase("right")) {
            return "向右";
        }
        else {
            return "无效指令";
        }
    }
}

//动作解释：终结符表达式
class ActionNode extends AbstractNode {
    private String action;

    public ActionNode(String action) {
        this.action = action;
    }

    //动作（移动方式）表达式的解释操作
    public String interpret() {
        if (action.equalsIgnoreCase("move")) {
            return "移动";
        }
        else if (action.equalsIgnoreCase("run")) {
            return "快速移动";
        }
        else {
            return "无效指令";
        }
    }
}

//距离解释：终结符表达式
class DistanceNode extends AbstractNode {
    private String distance;

    public DistanceNode(String distance) {
        this.distance = distance;
    }

//距离表达式的解释操作
    public String interpret() {
        return this.distance;
    }   
}

//指令处理类：工具类
class InstructionHandler {
    private String instruction;
    private AbstractNode node;

    public void handle(String instruction) {
        AbstractNode left = null, right = null;
        AbstractNode direction = null, action = null, distance = null;
        Stack stack = new Stack(); //声明一个栈对象用于存储抽象语法树
        String[] words = instruction.split(" "); //以空格分隔指令字符串
        for (int i = 0; i < words.length; i++) {
//本实例采用栈的方式来处理指令，如果遇到“and”，则将其后的三个单词作为三个终结符表达式连成一个简单句子SentenceNode作为“and”的右表达式，而将从栈顶弹出的表达式作为“and”的左表达式，最后将新的“and”表达式压入栈中。                   if (words[i].equalsIgnoreCase("and")) {
                left = (AbstractNode)stack.pop(); //弹出栈顶表达式作为左表达式
                String word1= words[++i];
                direction = new DirectionNode(word1);
                String word2 = words[++i];
                action = new ActionNode(word2);
                String word3 = words[++i];
                distance = new DistanceNode(word3);
                right = new SentenceNode(direction,action,distance); //右表达式
                stack.push(new AndNode(left,right)); //将新表达式压入栈中
            }
            //如果是从头开始进行解释，则将前三个单词组成一个简单句子SentenceNode并将该句子压入栈中
            else {
                String word1 = words[i];
                direction = new DirectionNode(word1);
                String word2 = words[++i];
                action = new ActionNode(word2);
                String word3 = words[++i];
                distance = new DistanceNode(word3);
                left = new SentenceNode(direction,action,distance);
                stack.push(left); //将新表达式压入栈中
            }
        }
        this.node = (AbstractNode)stack.pop(); //将全部表达式从栈中弹出
    }

    public String output() {
        String result = node.interpret(); //解释表达式
        return result;
    }
}

工具类 InstructionHandler 用于对输入指令进行处理，将输入指令分割为字符串数组，将第 1 个、第 2 个和第 3 个单词组合成一个句子，并存入栈中；如果发现有单词“and”，则将“and”后的第 1 个、第 2 个和第 3 个单词组合成一个新的句子作为“and”的右表达式，并从栈中取出原先所存句子作为左表达式，然后组合成一个 And 节点存入栈中。依此类推，直到整个指令解析结束。

编写如下客户端测试代码：

class Client {
    public static void main(String args[]) {
        String instruction = "up move 5 and down run 10 and left move 5";
        InstructionHandler handler = new InstructionHandler();
        handler.handle(instruction);
        String outString;
        outString = handler.output();
        System.out.println(outString);
    }
}

编译并运行程序，输出结果如下：

向上移动 5 再向下快速移动 10 再向左移动 5