【设计模式In Java】十三、解释器模式

解释器模式

定义

解释器模式(Interpreter Pattern)：定义一个语言的文法，并且建立一个解释器来解释该语言中的句子，这里的“语言”是指使用规定格式和语法的代码。解释器模式是一种类行为型模式。

场景

光看定义或名字就能明白，解释其模式就是将一定的文法解释成程序可以理解的结构，然后输出结果，比如输入一个四则运算表达式计算出结果、写一个计算机语言的解释器等等。

现在有一个程序要读取oracle的配置文件，比如tnsname.ora，listener.ora等以ora结尾的配置文件，返回可以在代码中可以操作的数据结构。首先是不要重复造轮子，几经搜索发现并没有这样的工具，于是查阅官方文档，根据语法规则自己实现一个解释器，语法规则参考：Syntax Rules for Configuration Files

UML类图

代码

interpreter
示例：

public class TestInterpreter {

    @Test
    public void test() throws OrafileParseException {
        OraFileParserContext context = new OraFileParserContext("# tnsnames.ora Network Configuration File: /u01/app/oracle/product/12.2.0.1/dbhome_1/network/admin/tnsnames.ora\n" +
                "# Generated by Oracle configuration tools.\n" +
                "\n" +
                "\n" +
                "LISTENER_ST12201 =\n" +
                "  (ADDRESS_LIST =\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = standalone)(PORT = 1521))\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = IPC)(HOST = standalone)(KEY = LISTENER_DG))\n" +
                "  )\n" +
                "\n" +
                "\n" +
                "\n" +
                "\n" +
                "ST12201DG2 =\n" +
                "  (DESCRIPTION =\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = 192.168.20.26 )(PORT = 1522))\n" +
                "    (CONNECT_DATA =\n" +
                "      (SERVER = DEDICATED)\n" +
                "      (SERVICE_NAME = ST12201DG2)\n" +
                "    )\n" +
                "   )\n" +
                "\n" +
                "ST12201 =\n" +
                "  (DESCRIPTION =\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = 192.168.20.114 )(PORT = 1522))\n" +
                "    (CONNECT_DATA =\n" +
                "      (SERVER = DEDICATED)\n" +
                "      (SERVICE_NAME = ST12201)\n" +
                "    )\n" +
                "   )\n" +
                "\n" +
                "ST12201DG =\n" +
                "  (DESCRIPTION =\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = 192.168.20.19 )(PORT = 1522))\n" +
                "    (CONNECT_DATA =\n" +
                "      (SERVER = DEDICATED)\n" +
                "      (SERVICE_NAME = ST12201DG)\n" +
                "    )\n" +
                "   )");

        OraFile oraFile = new OraFile();
        oraFile.interpreter(context);
        System.out.println(oraFile.toString());
        System.out.println(oraFile.toOraFile());
    }

    @Test
    public void test1() throws OrafileParseException {
        OraFileParserContext context = new OraFileParserContext(
                "LISTENER_ST12201=" +
                        "    (ADDRESS_LIST=" +
                        "       (ADDRESS = ((PROTOCOL = TCP)(HOST = standalone)(PORT = 1521)))" +
                        "     )"
        );

        OraFile oraFile = new OraFile();
        oraFile.interpreter(context);
        System.out.println(oraFile.toString());
    }

    @Test
    public void test2() throws OrafileParseException {
        OraFileParserContext context = new OraFileParserContext("LISTENER_ST12201 =\n" +
                "  (ADDRESS_LIST =\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = TCP)(HOST = standalone)(PORT = 1521))\n" +
                "    (ADDRESS = (PROTOCOL = IPC)(HOST = standalone)(KEY = LISTENER_DG))\n" +
                "  )");

        OraFile oraFile = new OraFile();
        oraFile.interpreter(context);
        System.out.println(oraFile.toString());
    }

    @Test
    public void test3() throws OrafileParseException {
        OraFileParserContext context = new OraFileParserContext("a=b\nb=(c=d)(e=f)");

        OraFile oraFile = new OraFile();
        oraFile.interpreter(context);
        System.out.println(oraFile.toString());
    }

    @Test
    public void test4() throws OrafileParseException {
        OraFileParserContext context = new OraFileParserContext("a=b\nb=(c='d\\'\\#\\(\\)\\=')(e=f)");

        OraFile oraFile = new OraFile();
        oraFile.interpreter(context);
        System.out.println(oraFile.toString());
    }

    @Test
    public void test5() throws OrafileParseException {
        OraFileParserContext context = new OraFileParserContext("a=b\nb=(c='vvv')(e=f)");

        OraFile oraFile = new OraFile();
        oraFile.interpreter(context);
        System.out.println(oraFile.toString());
    }

}
}

总结

解释器模式的主要优点如下：

• 易于改变和扩展文法。由于在解释器模式中使用类来表示语言的文法规则，因此可以通过继承等机制来改变或扩展文法。
• 每一条文法规则都可以表示为一个类，因此可以方便地实现一个简单的语言。
• 实现文法较为容易。在抽象语法树中每一个表达式节点类的实现方式都是相似的，这些类的代码编写都不会特别复杂，还可以通过一些工具自动生成节点类代码。
• 增加新的解释表达式较为方便。如果用户需要增加新的解释表达式只需要对应增加一个新的终结符表达式或非终结符表达式类，原有表达式类代码无须修改，符合“开闭原则”。

解释器模式的主要缺点如下：

• 对于复杂文法难以维护。在解释器模式中，每一条规则至少需要定义一个类，因此如果一个语言包含太多文法规则，类的个数将会急剧增加，导致系统难以管理和维护，此时可以考虑使用语法分析程序等方式来取代解释器模式。
• 执行效率较低。由于在解释器模式中使用了大量的循环和递归调用，因此在解释较为复杂的句子时其速度很慢，而且代码的调试过程也比较麻烦。

在以下情况下可以考虑使用解释器模式：

• 可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。
• 一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。
• 一个语言的文法较为简单。
• 执行效率不是关键问题。【注：高效的解释器通常不是通过直接解释抽象语法树来实现的，而是需要将它们转换成其他形式，使用解释器模式的执行效率并不高。】