设计模式 解释器模式（Interpreter Pattern）

解释器模式简绍

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种软件设计模式，属于行为型模式之一。这种模式的主要目的是定义语言的语法表示，并且提供了一个解释器来处理这种表示。解释器模式可以用于解析语言或表达式等场合，特别是在编译器、解释器和自然语言处理中应用较多。

解释器模式的结构

解释器模式包含以下几个主要角色：

• Abstract Expression（抽象表达式）：
  • 这是所有表达式的公共接口或抽象类，它定义了所有非终端表达式和终端表达式所需要的方法，通常是interpret()方法。
• Terminal Expression（终端表达式）：
  • 实现了抽象表达式接口，负责处理文法中的文字符号，例如单词或数字等。
• Non-Terminal Expression（非终端表达式）：
  • 同样实现了抽象表达式接口，但它除了包含对文法符号的处理外，还包含对多个表达式的组合处理逻辑。
• Context（环境）：
  • 包含解释器之外的一些全局数据或者局部数据，供解释器解释过程中使用。
• Client（客户端）：
  • 构造一个完整的文法树，然后给定一个具体的上下文环境，最后调用解释方法。

优缺点

• 解释器模式的优点
  • 增加了新的语句只需要增加新的终结符和非终结符表达式，不需要修改现有类。
• 解释器模式的缺点
  • 对于复杂文法而言，类的数量会激增，导致系统难以维护。
  • 解释器模式递归使用，对于递归深度大的情况效率较低。

UML图

具体代码实现

Context 数据实体类，可以包含一些方法

package InterpreterPatternModel;public class TestContext {private Integer a1;private Integer a2;private  String a3;public TestContext(Integer a1, Integer a2, String a3){this.a1 = a1;this.a2 = a2;this.a3 = a3;}public String getA3() {return a3;}public void setA3(String a3) {this.a3 = a3;}public Integer getA1() {return a1;}public void setA1(Integer a1) {this.a1 = a1;}public Integer getA2() {return a2;}public void setA2(Integer a2) {this.a2 = a2;}
}

Abstract Expression 创建接口方法

public interface AbstractExpression {Integer interpret(TestContext context);}

Terminal Expression 对数据简单处理

Terminal Expression 是解释器模式中的一种表达式类型，它表示文法中的最基本元素，这些元素不能再进一步分解。终端表达式通常对应于文法中的终端符号，如关键字、标识符、常量等。

• 简单性：终端表达式是最基本的表达式，它不包含其他表达式。
• 不可分解性：终端表达式代表的是文法中最基本的符号，不能再进一步拆解。
• 具体实现：终端表达式通常是一个具体的类，它实现了抽象表达式接口，并提供了解释自身的方法。
  使用 switch 实现 加减乘除，对数据做直接处理

package InterpreterPatternModel;public class TestTerminalExpression implements AbstractExpression {@Overridepublic Integer interpret(TestContext context) {switch (context.getA3()){case "+":return context.getA1() + context.getA2();case "-":return context.getA1() - context.getA2();case "*":return context.getA1() * context.getA2();case "/":return context.getA1() / context.getA2();default:return null;}}}

Non-Terminal Expression 同样实现抽象接口方法

Non-Terminal Expression 也是一种表达式类型，它代表了文法中的复合元素。这些元素由一个或多个终端表达式和其他非终端表达式组成。非终端表达式定义了如何组合这些表达式来解释更复杂的句子。

• 组合性：非终端表达式可以包含一个或多个终端表达式或其他非终端表达式。
• 递归性：非终端表达式通常通过递归调用其他表达式的 interpret 方法来解释更复杂的表达式。
• 具体实现：非终端表达式也是一个具体的类，它实现了抽象表达式接口，并提供了解释自身的方法。
  对数据做复杂处理以及调用上面的优化，实现再次封装

package InterpreterPatternModel;public class TestNonTerminalExpression implements AbstractExpression {private TestContext context;public TestNonTerminalExpression(Integer a1, Integer a2, String a3){this.context = new TestContext(a1, a2, a3);}public Integer exec(){return this.interpret(context);}@Overridepublic Integer interpret(TestContext context) {TestTerminalExpression testTerminalExpression = new TestTerminalExpression();return testTerminalExpression.interpret(context);}
}

Client（客户端） 调用方法

package InterpreterPatternModel;public class TestClient {public static void exec(){TestTerminalExpression testTerminalExpression = new TestTerminalExpression();Integer interpret = testTerminalExpression.interpret(new TestContext(1, 2, "*"));System.out.println(interpret);TestNonTerminalExpression nonTerminal = new TestNonTerminalExpression(10, 2, "+");Integer exec = nonTerminal.exec();System.out.println(exec);Integer interpret1 = nonTerminal.interpret(new TestContext(new TestNonTerminalExpression(1, 2, "*").exec(), new TestNonTerminalExpression(10, 2, "-").exec(), "+"));System.out.println(interpret1);}
}

通过Terminal Expression（终端表达式） 和 Non-Terminal Expression（非终端表达式）
这两种表达式类型的组合，解释器模式能够构建出一个能够解析并解释复杂文法的解释器。这种模式使得添加新的语法规则变得相对容易，因为只需添加新的终端和非终端表达式即可。但是，随着文法复杂度的增加，非终端表达式的数量也会增加，这可能导致类的数量激增，从而增加了系统的复杂性和维护难度。