深入理解设计模式之解释器模式 - 详解

深入理解设计模式之解释器模式（Interpreter Pattern）

一、什么是解释器模式？

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式。它用于给定一种语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

简单来说，解释器模式就是为了解释某种特定语法（如数学表达式、正则表达式等）而设计的。它将每一个语法规则都封装为一个类，通过递归组合这些类，最终实现对复杂语法的解释和执行。

二、解释器模式的结构

解释器模式主要包含以下角色：

1. AbstractExpression（抽象表达式）：声明一个抽象的解释操作。
2. TerminalExpression（终结符表达式）：实现与文法中的终结符相关的解释操作。
3. NonterminalExpression（非终结符表达式）：实现文法中的非终结符相关的解释操作，通常包含对其他表达式的引用。
4. Context（上下文）：包含解释器之外的一些全局信息。
5. Client（客户端）：构建语法树，并调用解释操作。

三、解释器模式的优缺点

优点

• 易于扩展新的语法规则，只需添加新的表达式类即可。
• 语法的实现与表示清晰分离，结构清晰。

缺点

• 由于每个语法规则都要定义一个类，导致类数量急剧增加，系统变得复杂。
• 解释器模式适用于简单的语法解释，对于复杂的语法和高性能要求的场景不适用。

四、典型应用场景

• 需要解释的语言规则较为简单，且可用面向对象方式表示的场景。
• SQL解析、正则表达式、数学表达式计算器等。

五、Java实现示例

下面以一个简单的“加法和数字表达式”解释器为例，实现对形如“1 + 2 + 3”表达式的求值。

1. 抽象表达式

// 抽象表达式
public
interface Expression {
int interpret(
)
;
}

2. 终结符表达式（数字）

// 数字表达式（终结符表达式）
public
class NumberExpression
implements Expression {
private
int number;
public NumberExpression(
int number) {
this.number = number;
}
@Override
public
int interpret(
) {
return number;
}
}

3. 非终结符表达式（加法）

// 加法表达式（非终结符表达式）
public
class AddExpression
implements Expression {
private Expression left;
private Expression right;
public AddExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public
int interpret(
) {
return left.interpret(
) + right.interpret(
)
;
}
}

4. 客户端代码（构建语法树并解释）

public
class InterpreterClient {
// 简单的表达式解析器，只支持加法和数字
public
static Expression parse(String str) {
String[] tokens = str.split("\\+"
)
;
Expression result =
new NumberExpression(Integer.parseInt(tokens[0].trim(
)
)
)
;
for (
int i = 1
; i < tokens.length; i++
) {
result =
new AddExpression(result,
new NumberExpression(Integer.parseInt(tokens[i].trim(
)
)
)
)
;
}
return result;
}
public
static
void main(String[] args) {
String expressionStr = "1 + 2 + 3"
;
Expression expression = parse(expressionStr)
;
int result = expression.interpret(
)
;
System.out.println(expressionStr + " = " + result)
;
// 输出：1 + 2 + 3 = 6
}
}

5. 输出结果

1 + 2 + 3 = 6

六、总结

解释器模式适用于那些可以用简单语法规则描述的场景，如数学表达式、正则表达式、SQL等。它让语法规则的扩展变得非常容易，但也会导致类数量膨胀，因此只适合语法规则较为简单的场景。

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