设计模式之解释器模式

设计模式之备忘录模式

模式定义

解释器模式（Interpreter Pattern）是行为型设计模式之一，用于定义一个语言的文法，并创建解释器来解释该语言中的句子。它适用于某些特定领域的语言解析，如数学表达式、正则表达式、SQL解析等。

角色与结构

解释器模式通常由以下几个核心角色组成：

1️⃣ 抽象表达式（Abstract Expression）

• 定义解释器的接口，所有的解释器都需要实现这个接口。

2️⃣ 终结符表达式（Terminal Expression）

• 具体实现解析的基本单元，比如解析数字、变量等。

3️⃣ 非终结符表达式（Non-Terminal Expression）

• 组合多个终结表达式，构成复杂的解析逻辑，如加法、乘法等运算。

4️⃣ 上下文（Context）

• 存储和管理全局信息，比如变量的值、运算环境等。

5️⃣ 客户端（Client）

• 构造抽象语法树（AST），并调用解释器解析表达式。

适用场景

• 编译器、解释器（如SQL解析器、数学公式解析器）
• 正则表达式解析（如Pattern.compile(“a*b”))
• 命令脚本解析（如计算器应用、命令模式）
• 语法树解析（如XML/JSON解析器）

代码示例（Java实现）

示例：实现一个简单的数学表达式解释器（支持加法和乘法）

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

// 终结符表达式（数字）
class NumberExpression implements Expression {
    private int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return number;
    }
}

// 非终结符表达式（加法）
class AddExpression implements Expression {
    private Expression left, right;

    public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() + right.interpret();
    }
}

// 非终结符表达式（乘法）
class MultiplyExpression implements Expression {
    private Expression left, right;

    public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() * right.interpret();
    }
}

// 客户端
public class InterpreterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 构造表达式: (3 + 5) * 2
        Expression three = new NumberExpression(3);
        Expression five = new NumberExpression(5);
        Expression add = new AddExpression(three, five); // 3 + 5
        Expression two = new NumberExpression(2);
        Expression multiply = new MultiplyExpression(add, two); // (3 + 5) * 2

        // 解释表达式并计算结果
        System.out.println("计算结果: " + multiply.interpret()); // 输出 16
    }
}

计算结果：16

解释器模式的优缺点

✅ 优点：

​ •可扩展性强：支持扩展新的语法规则（新增表达式类）。

​ •符合 OCP（开放封闭原则）：修改语法不会影响已有的代码。

​ •代码结构清晰：符合语言的文法结构，易于理解。

❌ 缺点：

​ •效率低：对于复杂语法来说，构建 AST 可能会导致性能下降。

​ •代码复杂度高：需要定义大量的类来表示不同的语法规则。

​ •不适用于复杂的语法：一般适用于简单语言，复杂解析通常使用编译原理技术（如 ANTLR、Lex/Yacc）。

总结

1️⃣ 解释器模式用于解析和执行语言表达式，适用于领域特定语言（DSL）。

2️⃣ 适用于简单的语法解析，但对于复杂语言通常使用专门的解析工具。

3️⃣ 核心思想：构造 AST（抽象语法树），递归解析表达式。