23 种设计模式中的解释器模式

给定一个语言，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。

这种模式通常用于需要解释执行某种语言的场景，如正则表达式、SQL解析等。

解释器模式的核心组件。

• 抽象表达式（AbstractExpression）：声明一个抽象的解释操作
• 终结符表达式（TerminalExpression）：实现与文法中的终结符相关的解释操作
• 非终结符表达式（NonterminalExpression）：实现文法规则的解释操作
• 上下文（Context）：包含解释器之外的一些全局信息
• 客户端（Client）：构建表示该文法定义的语言中一个特定句子的抽象语法树

下面通过实现一个简单的数学表达式的解释器，来演示解释器模式。

抽象表达式接口。

public interface Expression {
    int interpret();
}

终结符表达式实现。

public class NumberExpression implements Expression {
    private int number;
    
    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }
    
    @Override
    public int interpret() {
        return number;
    }
}

非终结符表达式（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();
    }
}

非终结符表达式（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();
    }
}

上下文类。

import java.util.Stack;

public class ExpressionParser {
    public static Expression parse(String expression) {
        Stack<Expression> stack = new Stack<>();
        String[] tokens = expression.split(" ");
        
        for (int i = 0; i < tokens.length; i++) {
            String token = tokens[i];
            
            if (isOperator(token)) {
                Expression left = stack.pop();
                Expression right = new NumberExpression(Integer.parseInt(tokens[++i]));
                Expression operator = getOperatorExpression(token, left, right);
                stack.push(operator);
            } else {
                stack.push(new NumberExpression(Integer.parseInt(token)));
            }
        }
        
        return stack.pop();
    }
    
    private static boolean isOperator(String token) {
        return token.equals("+") || token.equals("-");
    }
    
    private static Expression getOperatorExpression(String operator, 
                                                  Expression left, 
                                                  Expression right) {
        switch (operator) {
            case "+": return new AddExpression(left, right);
            case "-": return new SubtractExpression(left, right);
            default: throw new IllegalArgumentException("Unknown operator: " + operator);
        }
    }
}

客户端，测试输出结果。

public class InterpreterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String expression = "1 + 2 - 3 + 4";
        Expression parsedExpression = ExpressionParser.parse(expression);
        int result = parsedExpression.interpret();
        
        System.out.println(expression + " = " + result);
    }
}

解释器模式为特定类型的问题提供了优雅的解决方案，但在实际应用中需要权衡其复杂性和性能影响。

总结

解释器模式通过定义语法树来实现对用户输入内容的解释执行。

解释器模式在 Java 中可能不是首选，如果遇到适用场景，可以考虑使用外部依赖库来代替。