18、设计模式之解释器模式（Interpreter）

一、什么是解释器模式
解释器模式是一种行为型设计模式。解释器模式就像是一种自定义语言，我们可以定义该语言的语法规则，然后从中解析出具体的命令或表达式，最终执行相应的操作。

eg：这种模式比较冷门，不怎么使用。

二、角色组成
抽象表达式（Abstract Expression）：定义了解释器需要实现的接口。
终止符表达式（Terminal Expression）：表示该语言中的终止符（例如，变量、函数等），终止符表达式的解释方法通常很简单，往往只包含一两行代码。
非终止符表达式（Nonterminal Expression）：表示该语言中的非终止符（例如，语句块、条件语句、循环语句等），非终止符表达式的解释方法通常需要对内部表达式进行递归调用。
上下文（Context）：存储了当前语言解释器的状态信息。
三、优缺点
优点：

扩展性好。由于解释器模式定义了语言的文法，因此可以很容易地添加新的表达式类和解释方法，从而扩展语言的解释能力。
灵活性高。由于解释器模式是基于接口设计的，因此可以很容易地替换解释器的实现或更改其执行方式，从而满足不同的需求。
缺点：

由于解释器模式需要定义很多类和解释方法，因此代码量比较大，实现起来有一定的复杂。度。
对于复杂的表达式，解释器模式的解释器可能需要占用更多的内存空间和运行资源，从而导致程序性能下降。
如果语言的文法非常复杂，解释器模式的实现可能会很困难，而且难以维护和扩展。
四、应用场景
4.1 生活场景
数学表达式求值：我们可以设计一个数学表达式解释器，将数学表达式解释为可计算的结果，从而方便进行运算。
游戏AI：通过解释器来解析AI所需的数据和指令，然后根据这些数据和指令执行相应的行为。
语言翻译：将一种语言的文本解析为另一种语言的文本。翻译器可以将输入的文本解析为一系列的单词、短语和句子，然后通过对这些语言结构进行翻译，将其转换成目标语言的文本。
4.2 java场景
正则表达式。正则表达式是一种用于描述字符串模式的语言，它可以非常灵活地描述满足特定模式的字符串，因此解释器模式是实现正则表达式的常用方法之一。
SQL解析器。SQL是一种结构化查询语言，用于在关系型数据库中进行数据操作和管理。为了将SQL语句转换为数据库操作，我们需要实现一个SQL解析器，将SQL语句解释为可执行的SQL命令，这就需要使用解释器模式。
java代码：需要编译器进行编译后才能运行，这个编译器就相当于解释器。
五、代码实现
下面以四则运算表达式，来解释一下解释器模式。

抽象表达式：Expression
终止符表达式：Constant、Variable
非终止符表达式：AddExpression、SubExpression
上下文：InterpreterVariables
5.0 UML类图

5.1 Expression——抽象表达式（Abstract Expression）
/**** 1.抽象表达式（Abstract Expression）* 抽象表达式定义了用于解释特定语言的接口。*/
public abstract class Expression {//定义解释器方法public abstract int interpret();
}
5.2 终结符表达式（Terminal Expression）
/*** * 2.终结符表达式（Terminal Expression）：变量* 终结符表达式表示语言中的终止符（例如，变量、关键字等）。*/
public class Variable extends Expression{private String name;public Variable(String name) {this.name = name;}@Overridepublic int interpret() {// 从上下文中获取该变量对应的值return InterpreterVariables.getValue(this.name);}
}
/*** * 2.终结符表达式（Terminal Expression）：常量* 终结符表达式表示语言中的终止符（例如，变量、关键字等）。*/
public class Constant extends Expression{private int value;public Constant(int value) {this.value = value;}@Overridepublic int interpret() {// 直接返回常量值return value;}
}
5.3 非终结符表达式（Nonterminal Expression）
/*** * 3.非终结符表达式（Nonterminal Expression）：加法运算* 非终结符表达式表示语言中的非终止符（例如，语句块、语句等）。*/
public class AddExpression extends Expression{// 左操作数private Expression left;// 右操作数private Expression right;public AddExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {// 对左右操作数分别进行解释器求值，然后计算结果return left.interpret() + right.interpret();}
}
/*** * 3.非终结符表达式（Nonterminal Expression）：减法运算* 非终结符表达式表示语言中的非终止符（例如，语句块、语句等）。*/
public class SubExpression extends Expression{private Expression left;private Expression right;public SubExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() - right.interpret();}
}
5.4 InterpreterVariables——上下文（Context）
/*** * 4.上下文（Context）：负责存储变量名和其值之间的映射关系* 上下文保存了解释器解释表达式需要的信息。*/
public class InterpreterVariables {private static Map<String, Integer> variables = new HashMap<>();// 根据变量名获取其对应的值public static int getValue(String name) {if(variables.containsKey(name)) {return variables.get(name);}// 默认返回0return 0;}// 设置变量名和其对应的值public static void setValue(String name, int value) {variables.put(name, value);}
}
5.5 testInterpreter
/*** * 解释器模式测试类*/
@SpringBootTest
public class TestInterpreter {@Testvoid testInterpreter(){// 创建变量x、y和常量1，并设置变量x和y的值Variable x = new Variable("x");Variable y = new Variable("y");Constant c = new Constant(1);InterpreterVariables.setValue("x", 10);InterpreterVariables.setValue("y", 5);// 创建解释器表达式（x - y）+ 1Expression expression = new AddExpression(new SubExpression(x, y), c);// 解释表达式，并获取最终结果int result = expression.interpret();System.out.println("计算结果：" + result);}
}

六、总结
解释器是一个简单的语法分析工具，每个语法都需要产生一个非终结符表达式，语法规则比较复杂时，就可能产生大量的类文件，为维护带来非常多的麻烦。因此，尽量不要在重要的模块中使用解释器模式，在项目中可以使用shell、JRuby、Groovy等脚本语言来代替解释器模式，也可以用开源包，比如Express4J、JEP，功能都很强大。
出现以下场景，可以考虑使用（尽量别用，大佬除外）：

需要定义一种自定义语言，并对其进行解析和执行。
需要实现一种自定义的文件格式，并对其进行解析和处理。
需要对复杂的数据结构进行解析，并对其进行处理或转换。
需要实现一些自定义的算法或规则，并对其进行解析和执行。