java设计模式学习之【解释器模式】

引言

在我们的日常生活中，语言的翻译和理解是沟通的关键。每种语言都有自己的语法规则，而翻译人员和计算机程序需要理解并遵循这些规则来正确解释语言。在软件开发领域，当我们遇到需要解释特定语言或表达式的情况时，可以使用解释器模式来处理。解释器模式提供了一种方式，使得语言的每个符号都可以通过一个解释器对象来解释执行。这在处理编程语言的编译器和解释器、规则引擎系统等领域特别有用。

解释器模式简介

定义与用途

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，它给定一种语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。简单来说，它主要解决的是当有一个语言需要解释执行，并且可以将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，就可以使用解释器模式。

实现方式

实现解释器模式通常涉及以下几个关键组件：

• 抽象表达式（Abstract Expression）：声明一个所有具体表达式都需要实现的抽象接口。这个接口主要是一个interpret方法，用于解释给定的上下文。
• 终结符表达式（Terminal Expression）：实现与文法中的终结符相关联的解释操作。
• 非终结符表达式（Nonterminal Expression）：为文法中的非终结符实现解释（Interpret）操作。
• 上下文（Context）：包含解释器之外的一些全局信息。
• 客户端（Client）：构建（或被给定）表示该语言中一个特定句子的抽象语法树。该抽象语法树由终结符和非终结符表达式组成。然后调用解释操作。

使用场景

解释器模式适用于以下场景：

• 当有一个语言需要解释执行，且你可以将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时。
• 当该文法简单对于复杂的文法，文法的类层次变得庞大且无法管理时，使用解释器模式可能效率不高。

例如：
编程语言解释器和编译器：如Python解释器、Java编译器。
SQL解析：解释和执行SQL查询。
规则引擎：业务规则引擎中解释业务规则。

优势与劣势

• 优势
  易于改变和扩展文法： 由于文法由许多小的类表示，所以可以比较容易地改变和扩展。
  实现文法较为简单： 在正确的情况下，解释器模式可以提供一种简单的方式来实现文法。

• 劣势
  对于复杂文法来说，维护一个大的抽象语法树可能比较困难。
  增加了系统的复杂性和理解难度。

在Spring框架中的应用

解释器模式在Spring框架中的应用不是显而易见的，因为Spring框架主要关注于依赖注入、面向切面编程等概念。然而，可以在一些Spring功能和第三方库中找到解释器模式的影子，尤其是那些涉及到解析和执行基于一定规则的场景。

1. SpEL（Spring Expression Language）
Spring提供了一种强大的表达式语言，用于在运行时查询和操作对象图。这种语言被称为Spring Expression Language（SpEL）。SpEL使用解释器模式来解释和执行表达式。每个表达式都可以被认为是一个抽象的语法树（AST），SpEL通过遍历这个树并解释每个节点来计算表达式的值。

2. 数据绑定和类型转换
Spring中的数据绑定过程需要将字符串形式的输入转换为对象的属性类型。这涉及到解析字符串并根据目标属性的类型进行转换。Spring提供了一套类型转换器，可以看作是一组解释器，每个转换器负责解释一种数据类型。

3. XML配置解析
在Spring的XML配置文件中，定义了大量的标签和属性。Spring使用解析器模式来解析这些配置文件，并根据这些配置创建相应的Bean。每种标签和属性可以被看作是一种语言构造，Spring有一套解释器来解释这些构造并执行相应的操作。

4. 注解处理
Spring使用注解来标识组件、注入依赖、配置事务等。处理这些注解的过程实际上是一种解释过程，Spring需要解释这些注解并根据注解执行相应的逻辑。

表达式解析示例

在这个例子中，我们定义了用于解释人名和状态的简单规则。

步骤 1：创建表达式接口
首先定义了一个 Expression 接口，作为所有具体表达式的基类。

public interface Expression {
   public boolean interpret(String context);
}

这个接口声明了一个interpret方法，用于解释给定的字符串上下文。

步骤 2：创建实现表达式接口的具体类
TerminalExpression
定义了一个 TerminalExpression 类，它实现了 Expression 接口，用于处理文本中的数据。

public class TerminalExpression implements Expression {
	
   private String data;

   public TerminalExpression(String data){
      this.data = data; 
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      if(context.contains(data)){
         return true;
      }
      return false;
   }
}

这个类检查上下文（context）中是否包含特定的数据字符串。

OrExpression
定义了一个 OrExpression 类，它也实现了 Expression 接口，并表示逻辑或关系。

public class OrExpression implements Expression {
	 
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;

   public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {		
      return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
   }
}

它组合了两个表达式，并在任一表达式返回true时返回true。

AndExpression
定义了一个 AndExpression 类，它同样实现了 Expression 接口，并表示逻辑与关系。

public class AndExpression implements Expression {
	 
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;

   public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {		
      return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context);
   }
}

它组合了两个表达式，并要求两个表达式都返回true时才返回true。

步骤 3：使用表达式类来创建规则并解析它们

public class InterpreterPatternDemo {

   public static Expression getMaleExpression(){
      Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
      Expression john = new TerminalExpression("John");
      return new OrExpression(robert, john);		
   }

   public static Expression getMarriedWomanExpression(){
      Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
      Expression married = new TerminalExpression("Married");
      return new AndExpression(julie, married);		
   }

   public static void main(String[] args) {
      Expression isMale = getMaleExpression();
      Expression isMarriedWoman = getMarriedWomanExpression();

      System.out.println("John是男性吗? " + isMale.interpret("John"));
      System.out.println("Julie是已婚女性吗? " + isMarriedWoman.interpret("Married Julie"));
   }
}

在这个客户端中，我们创建了两个规则：一是判断一个人是否是"Robert"或"John"，二是判断一个人是否是"Julie"且"Married"。然后我们测试了这些规则。

这个示例展示了如何使用解释器模式来解释和执行基于特定规则的查询。每个表达式对象代表了语言中的一个文法规则，而复杂的句子可以通过组合这些简单的表达式来解释。

代码地址

23种设计模式相关代码后续会逐步提交到github上，方便学习，欢迎指点：
代码地址
https://github.com/RuofeiSun/lf-23Pattern