设计模式（二十三）—解释器模式（行为型）

一、简介（Brief Introduction）

      给定一种语言，定义他的文法的一种表示，并定义一个解释器，该解释器使用该表示来解释语言中句子。

二、模式分析（Analysis）




• 抽象解释器：声明一个所有具体表达式都要实现的抽象接口（或者抽象类），接口中主要是一个interpret()方法，称为解释操作。具体解释任 务由它的各个实现类来完成，具体的解释器分别由终结符解释器TerminalExpression和非终结符解释器 NonterminalExpression完成。
• 终结符表达式：实现与文法中的元素相关联的解释操作，通常一个解释器模式中只有一个 终结符表达式，但有多个实例，对应不同的终结符。终结符一半是文法中的运算单元，比如有一个简单的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是终结符，对应 的解析R1和R2的解释器就是终结符表达式。                                
• 非终结符表达式：文法中的每条规则对应于一个非终结符表达式，非终结符表达式一般是文法中的运算符或者其他关键字，比如公式 R=R1+R2中，+就是非终结符，解析+的解释器就是一个非终结符表达式。非终结符表达式根据逻辑的复杂程度而增加，原则上每个文法规则都对应一个非终 结符表达式。
• 环境角色：这个角色的任务一般是用来存放文法中各个终结符所对应的具体值，比如R=R1+R2，我们给R1赋值100，给R2赋值200。这些信息需要存放到环境角色中，很多情况下我们使用Map来充当环境角色就足够了

三、案例分析（Example）

namespace _27._2解释器模式
{

1、客户端

  class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Context context = new Context();
            IList <AbstractExpression > list=new List <AbstractExpression >();
            list.Add (new TerminalExpression ());
            list.Add(new NonterminalExpression ());
            list.Add (new TerminalExpression ());
            list.Add(new TerminalExpression());

            foreach (AbstractExpression exp in list)
            {
                exp.Interpret(context);
            }

            Console.Read();


        }
    }

2、抽象表达式类


    abstract class AbstractExpression
    {
        public abstract void Interpret(Context context);
    }


3、终结符表达式类


    class TerminalExpression : AbstractExpression
    {
        public override void Interpret(Context context)
        {
            Console.WriteLine("终端解释器");
        }
    }


4、非终结符表达式


    class NonterminalExpression : AbstractExpression
    {
        public override void Interpret(Context context)
        {
            Console.WriteLine("非终端解释器");
        }
    }


5、Context类，包含解释之外的一些信息

    class Context
    {
        private string input;
        public string Input
        {
            get { return input; }
            set { input = value; }
        }
        private string output;
        public string Output
        {
            get { return output; }
            set { output = value; }
        }
    }
}

四、解决的问题（What To Solve）

• 重复发生的问题可以使用解释器模式

      例如，多个应用服务器，每天产生大量的日志，需要对日志文件进行分析处理，由于各个服务器的日志格式不同，但是数据要素是相同的，按照解释器的说法就是终 结符表达式都是相同的，但是非终结符表达式就需要制定了。在这种情况下，可以通过程序来一劳永逸地解决该问题。

• 一个简单语法需要解释的场景

      为什么是简单？看看非终结表达式，文法规则越多，复杂度越高，而且类间还要进行递归调用（看看我们例子中的堆栈），不是一般地复杂。想想看，多个类之间的 调用你需要什么样的耐心和信心去排查问题。因此，解释器模式一般用来解析比较标准的字符集，例如SQL语法分析，不过该部分逐渐被专用工具所取代。

五、优缺点（Advantage and Disadvantage）

优点

      解释器是一个简单语法分析工具，它最显著的优点就是扩展性，修改语法规则只要修改相应的非终结符表达式就可以了，若扩展语法，则只要增加非终结符类就可以了。

缺点

• 解释器模式会引起类膨胀

      每个语法都要产生一个非终结符表达式，语法规则比较复杂时，就可能产生大量的类文件，为维护带来了非常多的麻烦。

• 解释器模式采用递归调用方法

      每个非终结符表达式只关心与自己有关的表达式，每个表达式需要知道最终的结果，必须一层一层地剥茧，无论是面向过程的语言还是面向对象的语言，递归都是在 必要条件下使用的，它导致调试非常复杂。想想看，如果要排查一个语法错误，我们是不是要一个一个断点的调试下去，直到最小的语法单元。

• 效率问题

      解释器模式由于使用了大量的循环和递归，效率是个不容忽视的问题，特别是用于解析复杂、冗长的语法时，效率是难以忍受的。

六、总结（Summary）

        解释器模式在实际的系统开发中使用的非常少，因为它会引起效率、性能以及维护等问题，一般在大中型的框架型项目能够找到它的身影，比如一些数据分析工具、 报表设计工具、科学计算工具等等，若你确实遇到“一种特定类型的问题发生的频率足够高”的情况，准备使用解释器模式时，可以考虑一下 Expression4J、Jep等开源的解析工具包（这三个开源产品都可以百度、Google中搜索到，请读者自行查询），功能都异常强大，而且非常容易使用，效 率也还不错，实现大多数的数学运算完全没有问题，自己没有必要从头开始编写解释器。