23种设计模式-行为型模式之解释器模式（Java版本）

Java 解释器模式（Interpreter Pattern）详解

什么是解释器模式？

解释器模式是一种行为型设计模式，主要用于解释和执行语言的语法规则。它定义了一个解释器来处理特定的语言句法，并通过一个抽象语法树来进行表达和求值。解释器模式通常用于处理一些简单的语言或规则，例如正则表达式、表达式计算等。

解释器模式通常用于需要解析和处理自定义语言或复杂规则的场景，如数学表达式解析、编程语言解析、SQL语句处理等。

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使用场景

• 当你需要设计一个解释语言的系统，并且这个语言中的句法比较简单。
• 需要解释复杂的表达式或规则，并且可以将其拆解为一组易于理解的步骤。
• 需要扩展解释器时，可以轻松地添加新的语法和规则。

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️ 模式结构

• Expression（抽象表达式）：声明一个解释方法 interpret，用来解释给定的上下文。
• TerminalExpression（终结符表达式）：实现 interpret 方法，用来解释终结符（如基本的字面量）。
• NonTerminalExpression（非终结符表达式）：实现 interpret 方法，用来解释复杂的表达式或语法。
• Context（上下文）：用于存储解释过程中需要使用的数据。

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✅ 示例：简单的算术表达式解析

抽象表达式类

public interface Expression {
    int interpret();
}

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终结符表达式类（数字）

public class NumberExpression implements Expression {
    private int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return this.number;
    }
}

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非终结符表达式类（加法）

public class AddExpression implements Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;

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

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() + right.interpret();
    }
}

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非终结符表达式类（减法）

public class SubtractExpression implements Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;

    public SubtractExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() - right.interpret();
    }
}

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客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Expression expression = new AddExpression(
                new NumberExpression(5),
                new SubtractExpression(new NumberExpression(10), new NumberExpression(3))
        );

        System.out.println("Result: " + expression.interpret());
    }
}

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输出

Result: 12

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✅ 优点

• 简化了表达式的处理：通过将复杂表达式解析为一系列简单的表达式，解释器模式使得对表达式的求解变得更容易。
• 扩展性好：如果需要扩展新的语言规则或新的操作，可以方便地增加新的解释器类。
• 易于理解和维护：表达式和操作相互独立，代码清晰，便于维护。

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⚠️ 缺点

• 类的数量可能增加：对于复杂的语法规则，解释器模式会导致大量的类，增加了系统的复杂性。
• 性能问题：对于非常复杂的语法规则和多层嵌套的表达式，解释器模式可能会导致性能问题，尤其是在递归调用较深时。
• 不适用于所有场景：解释器模式适合处理简单的、规则明确的语法，若语法复杂且不断变化，使用解释器模式可能会导致维护困难。

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使用建议

解释器模式适用于处理语法规则固定且简单的场景，尤其是在开发编译器、脚本引擎、表达式解析器等系统时，能够简化规则的处理。典型应用场景包括：

• 数学表达式计算器。
• 简单的语言解析器。
• SQL查询语句的解析与执行。

如果表达式的语法较为复杂，或者会频繁变动，可能需要使用其他的解析方法，如抽象语法树（AST）或正则表达式等。