java设计模式之解释器模式

一、解释器模式简介
解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。
如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

二、基本模型建立
1、基本概念：
文法：即语法规则。在解释器模式中每一个语法都将对应一个解释器对象，用来处理相应的语法规则。它对于扩展、改变文法以及增加新的文法规则都很方便。
解释器模式描述了如何为简单的语言定义一个文法，如何在该语言中表示一个句子，以及如何解释这些句子。
在解释器模式中可以通过一种称之为抽象语法树(Abstract Syntax Tree, AST)的图形方式来直观地表示语言的构成，每一棵抽象语法树对应一个语言实例。
2、模型角色：
AbstractExpression：定义解释器的接口，约定解释器的解释操作。其中的Interpret接口，正如其名字那样，它是专门用来解释该解释器所要实现的功能。（如加法解释器中的Interpret接口就是完成两个操作数的相加功能）。
TerminalExpression：终结符解释器，用来实现语法规则中和终结符相关的操作，不再包含其他的解释器，如果用组合模式来构建抽象语法树的话，就相当于组合模式中的叶子对象，可以有多种终结符解释器。
NonterminalExpression：非终结符解释器，用来实现语法规则中非终结符相关的操作，通常一个解释器对应一个语法规则，可以包含其他解释器，如果用组合模式构建抽象语法树的话，就相当于组合模式中的组合对象。可以有多种非终结符解释器。
Context：上下文，通常包含各个解释器需要的数据或是公共的功能。这个Context在解释器模式中起着非常重要的作用。一般用来传递被所有解释器共享的数据，后面的解释器可以从这里获取这些值。
Client：客户端，指的是使用解释器的客户端，通常在这里将按照语言的语法做的表达式转换成使用解释器对象描述的抽象语法树，然后调用解释操作。

3、代码：

//抽象表达式
/*抽象表达式是生产语法集合(也叫语法树)的关键，每个语法集合完成指定语法解析任务，它是通过递归调用的方式，最终由最小的语法单元进行解析完成*/
public abstract class Expression{
    //每个表达式必须有一个解析任务
    public abstract Object interpreter(Context context);
}
//终结符表达式  主要是处理场景元素和数据的转换 如：a+b+c中的"a""b""c"
public class TerminalExpression extends Expression{
    //通常终结符表达式只有一个，但是有多个对象
    public Object interpreter(Context context){
        return null;
    }
}
//非终结符表达式
/*
每个非终结符表达式都代表一个文法规则，并且每个文法规则都只关心自己周边的文法规则结果(注意是结果),因此这就产生了每个终结符表达式调用自己周边的非终结符表达式，然后最终，最小的文法规则就是终结符表达式，终结符表达式的概念就是如此，不能在参与比自己更小的文法运算了
*/
public class NonterminalExpression extends Expression{
    //每个非终结符表达式都会对其他表达式产生依赖
    public NonterminalExpression(Expression... expression){
    }
    public Object interpreter(Context context){
        //进行文法处理
        return null;
    }
}
//场景类
public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Context context=new Context();
        //通常一个语法容器，容纳一个具体的表达式，通常为ListArray，LinkedList，Stack等类型
        Stack<Expression> stack=null;
        for(;;){
            //进行语法判断，并产生递归调用
        }
        //产生一个完整的语法树，由各个具体的语法分析进行解析
        Expression expression=stack.pop();
        //具体元素进入场景
        expression.interpreter(context);
    }
}

三、总结
1、解释器模式的优缺点
解释器是一个简单的语法分析工具，它最显著的优点就是扩展性，修改语法规则只需要修改相应的非终结符就可以了，若扩展语法，只需要增加非终结符类就可以了。
但是，解释器模式会引起类的膨胀，每个语法都需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，为维护带来非常多的麻烦。同时，由于采用递归调用方法，每个非终结符表达式只关心与自己相关的表达式，每个表达式需要知道最终的结果，必须通过递归方式，无论是面向对象的语言还是面向过程的语言，递归都是一个不推荐的方式。由于使用了大量的循环和递归，效率是一个不容忽视的问题。特别是用于解释一个解析复杂、冗长的语法时，效率是难以忍受的。
2、解释器模式的适用场景
在以下情况下可以使用解释器模式：
----有一个简单的语法规则，比如一个sql语句，如果我们需要根据sql语句进行rm转换，就可以使用解释器模式来对语句进行解释。
----一些重复发生的问题，比如加减乘除四则运算，但是公式每次都不同，有时是a+b-c*d，有时是a*b+c-d，等等等等个，公式千变万化，但是都是由加减乘除四个非终结符来连接的，这时我们就可以使用解释器模式。
3、注意事项解释器模式真的是一个比较少用的模式，因为对它的维护实在是太麻烦了，对于各种各样的非终结符解释器，假如不是事先对文法的规则了如指掌，或者是文法特别简单，则很难读懂它的逻辑。解释器模式在实际的系统开发中使用的很少，因为他会引起效率、性能以及维护等问题。常用的解释器模式工具包包括Expression4J,MESP(Math Expression String parser),Jep等开源的解析工具包。