二十二、解释器设计模式

22.1 解释器设计模式简介

22.1.1 解释器设计模式概述

解释器设计模式（Interpreter Pattern）：给定一门语言，定义他的文法（语法）的一种表示，并定义解释器来解释语言中的句子，解释器模式是一种按照规定的文法（语法）进行解析的模式；

解释器模式的核心就是将一些固定的语法进行解释，构建出一个解释句子的解析器，简单理解起来就是定义一个简答的语法解析工具，它可以识别句子的语义，提取出需要的信息，然后进行处理；

22.1.2 解释器设计模式的UML类图

解释器模式主要包含4个角色

1）抽象表达式（IExpression）：定义一个负责解释语法的方法（interpret），具体的解释交给子类（因为可以有不同的解释规则）；
2）终结符表达式（TerminalExpression）：抽象表达式的一种实现，用来实现文法中与终结符相关的操作，文法中的每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。例如语法：A+B，A和B就是终结表达式；可以将终结表达式理解为就是具体的变量
3）非终结符表达式（NonterminalExpression）：抽象表达式的另一种实现，用来实现文法中与非终结符相关的操作，文法中的每条规则都对应于一个非终结符表达式。例如语法：A+B，“+”号就是非终结表达式
4）上下文环境（Context）：用于存放文法中各个终结表达式对应的具体值。例如A+B，A和B都是一种非终结表达式，那么A和B具体的值存储在Context中；

22.2 解释器设计模式的实现

【案例】

使用解释器模式来实现一个计算器，包含加法、减法；

核心：A+B这样的语法需要通过解释器来解释，并且实现其功能；

1）抽象解释器：

package com.pattern.demo;

/**
 * @author lscl
 * @version 1.0
 * @intro: 抽象表达式
 */
public interface IExpression {
    // 定义器解释方法
    public abstract int interpret(Context context);
}

2）非终结符表达式（加法表达式）：

package com.pattern.demo;

/**
 * @author lscl
 * @version 1.0
 * @intro: 加法符号: 非终结表达式(参与计算的符号)
 */
public class AddExpression  implements IExpression {
    // 加法左边的符号(也是一个表达式.这个表达式是一个数字,也称终结表达式)
    private IExpression left;

    // 加法右边的符号(也是一个表达式.这个表达式是一个数字,也称终结表达式)
    private IExpression right;

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

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        // 非终结表达式的计算实质上就是: 将符号(非终结表达式) 左右两边的 变量(终结表达式) 进行计算
        return left.interpret(context) + right.interpret(context);          // 简化成: 10 + 10
    }

    @Override
    public String toString() {

        // 字符串表示形式为 左边的表达式 + 右边的表达式  简化成: (a + b)
        return "(" + left.toString() + " + " + right.toString() + ")";
    }
}

3）非终结符表达式（减法表达式）：

package com.pattern.demo;

/**
 * @author lscl
 * @version 1.0
 * @intro: 减法符号: 非终结表达式(参与计算的符号)
 */
public class SubExpression implements IExpression {

    // 减法左边的符号(也是一个表达式.这个表达式是一个数字,也称终结表达式)
    private IExpression left;

    // 减法右边的符号(也是一个表达式.这个表达式是一个数字,也称终结表达式)
    private IExpression right;

    public SubExpression(IExpression left, IExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        // 非终结表达式的计算实质上就是: 将符号(非终结表达式) 左右两边的 变量(终结表达式) 进行计算
        return left.interpret(context) - right.interpret(context);          // 简化成: 10 - 10
    }

    @Override
    public String toString() {

        // 字符串表示形式为 左边的表达式 - 右边的表达式  简化成: (a - b)
        return "(" + left.toString() + " - " + right.toString() + ")";
    }
}

4）终结符表达式（普遍变量）：

package com.pattern.demo;

/**
 * @author lscl
 * @version 1.0
 * @intro: 参与计算的变量: 终结表达式
 */
public class VariableExpression implements IExpression {

    // 变量的名称
    private String name;

    public VariableExpression(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {

        // 终结表达式的计算本质上还是从Context中获取这个终结表达式本身的值
        return context.getValue(this);          // 一个具体的数值,比如: 10
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name;
    }
}

5）上下文环境对象：

package com.pattern.demo;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author lscl
 * @version 1.0
 * @intro: 上下文对象,存储变量表达式(非终结表达式)
 */
public class Context {
    private Map<VariableExpression, Integer> map = new HashMap();

    /**
     * 添加变量表达式(非终结表达式)
     * @param var
     * @param value
     */
    public void addExpression(VariableExpression var, Integer value) {
        map.put(var, value);
    }

    // 获取变量(非终结)表达式本身的值
    public int getValue(VariableExpression var) {
        Integer value = map.get(var);
        return value;
    }
}

22.3 解释器设计模式的优缺点

优点：
- 1）在解释器模式中，由于语法是有很多的类实现的，当语法规则更改时，只需要修改响应的非终结表达式即可；
- 2）当语法扩展时，只需要添加对于的非终结表达式的实现即可，符合 “开闭原则”。
缺点：
- 1）非终结表达式在解析时，需要解析各个其他表达式的语法，如果某个解释器解释耗时，将会影响整个解释过程
- 2）定义过多的终结符表达式造成系统类的数量增多，系统变得难以维护