深入理解设计模式之解释器模式

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：

AbstractExpression（抽象表达式）：声明一个抽象的解释操作。
TerminalExpression（终结符表达式）：实现与文法中的终结符相关的解释操作。
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。
Context（上下文）：包含解释器之外的一些全局信息。
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;}@Overridepublic 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;}@Overridepublic 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}
}