设计模式实战-解释器模式，今天给你解疑答惑

架构师修炼

发布于 2020-07-17 12:10:49

3860

解释器模式，这个模式我觉得是这些模式中最不好理解的模式，解释器模式是用来干啥的呢？比如说我们有一段英文或者一段公式，我们需要知道其中表达的意思到底是啥？（假如我们起初并不理解）也就是说，我们需要一个"解释人"，该角色就是我们的联络官或者叫做解释器，用来翻译我们的文本或者公式，翻译成我们能理解的最小的基础单元，听着是不是还云里雾里地？大家都知道编译器吧，一般的编译器分为词法分析器、语法分析器、语义分析器、中间代码优化器以及最终的代码生成器等，而我的理解，解释器就类似于其中的语法分析器的作用，专门负责语法文本的解析作用。

1、定义

解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或者表达式的方式，属于一种行为型的设计模式。

解释器模式的英文原话是：

Given a language, define a representation for its grammar along with an interpreter that uses the representation to interpret sentences in the language.

意思是：给定一门语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

简单来说，就是我们可以定义一种语法比如就是一个表达式如：a-b+c，起初我们并不知道这个句子想要携带信息或者执行什么操作，然后我们要定义一个解析器来进行表达式解析，以便得到正确的结果。

对于表达式：a-b+c 这种，我们做个简单的分析，a、b、c 这种我们又叫做运算参数，+、- 符号这种我们称之为运算符号，也就说这类表达式我们可以将其抽象为两种角色：运算参数、运算符号。运算参数一般就是英文字母，执行时各个参数需要赋上具体的数字值去替代英文字母执行，运算参数有一个共同点就是不管是 a、b 或者其它参数，除了被赋值之外不需要做其它任何处理，是执行时的最小单元，在解释器模式中被称为终结符号。运算符号是进行运算时具体要被解释器解释执行的部分，想象一下，加入我们计算机不知道如何处理类似 +、- 这种符号，我们是不要针对每一个符号写一个解释方法，以便告诉计算机该符号需要进行何种操作，这也就是解释器模式的核心——需要完成逻辑的解释执行操作，而运算符号在解释器模式中也被称为非终结符号。

2、组成角色

解释器模式的通用类图设计如下：

通常包含如下角色：

抽象解释器（AbstractExpression）：抽象解释器是一个上层抽象类，用来抽取定义公共的解释方法：interpreter，具体的解释任务交给子类去完成；
终结符表达式（TerminalExpression）：是抽象解释器的子类，实现了与文法中的元素相关的解释操作。一般模式中只会有一个终结符表达式也就是终结符的类，但是会有多个实例，比如：a、b、c，这些终结符号可以任意多种但是只有一个类来描述；
非终结符表达式（NonTerminalExpression）：也是抽象解释器的子类，用来实现文法中与终结符相关的操作。该角色一般会有多个实现类，比如 +、- 运算符号就各自对应一种类实现，分别对应加法解释类和减法解释类，非终结符表达式的类的个数一般会有很多，因为我们可执行的操作一般会有很多，这也从侧面加剧了该模式下类设计的复杂性；
上下文（Context）：上下文一般用来定义各个解释器需要的数据或公共功能，比如上面的表达式，我们使用上下文来保存各个参数的值，一般是一个 HashMap 对象，以便后面所有解释器都可以使用该上下文来获取参数值；

3、优缺点

解释器模式的优点：

拓展性强：修改文法规则只需要修改相应的非终结符表达式就可以了，即增加非终结符类就可以了。

解释器模式的缺点：

采用递归调用方法，不利于调试，增加了系统的复杂性以及降低了系统执行的效率；
解释器模式比较容易造成类设计的膨胀，主要是非终结符表达式类会随着系统的复杂性而膨胀；
可利用的场景比较少；
对于比较复杂的文法不好解析。

4、应用场景

一个简单语法需要解释的场景，如：sql语法分析，用来解析那种比较标准的字符集；
重复发生的问题可以使用解释器模式，如：日志分析，日志分析时基础数据是相同的类似于我们的终结符，但是日志格式往往是各异的，类似于非终结符，只需要指定具体的实现类即可。

5、使用实例

现在我们以一个最简单的例子：a+b，我们要做的就是解释执行这段语法文本，a 和 b是两个字母也叫做两个变量，我们需要使用一个 “+” 符号来将这俩变量连接起来，假设我们的语言并不知道符号 "+"是什么作用，具体作用需要我们去实现（假设我们并不知道 + 其实是加法的意思），示例比较简单，只是为了说明解释器模式没别的意思。

首先是我们的上下文类，该类负责模式中一些上下文数据的存储，这里我们使用 context 存储运算符号 +，实现代码如下：

// 上下文类，这里只是简单说明下，实际的context可没这么简单
class Context {
    private String symbol = "";
    public Context(String symbol) {
        this.symbol = symbol;
    }
    public String getSymbol() {
        return symbol;
    }
}

然后是我们的抽象解释器角色：

// 抽象解释器
abstract class AbstractExpression {
    // 解释器接口
    abstract int interpreter(Context context);
}

然后是我们的终结符和非终结符类：

// 终结符，即我们的参数构造类
class TerminalExpression extends AbstractExpression{
    private Integer arg;
    public TerminalExpression(Integer arg) {
        this.arg = arg;
    }
    @Override
    int interpreter(Context context) {
        return this.arg;
    }
}
// 非终结符，即我们的运算符构造类
class NonTerminalExpression extends AbstractExpression {
    // 代表运算符两侧的参数，即a、b
    private AbstractExpression left;
    private AbstractExpression right;
    public NonTerminalExpression(AbstractExpression left, AbstractExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    int interpreter(Context context) {
        // 实现具体的 a +b 的解释执行操作
        if (!context.getSymbol().equalsIgnoreCase("")) {
            return this.left.interpreter(context) + this.right.interpreter(context);
        }
        return 0;
    }
}

最后是测试类：

AbstractExpression left = new TerminalExpression(12);
AbstractExpression right = new TerminalExpression(34);
AbstractExpression calExpression = new NonTerminalExpression(left, right);
Context context = new Context("+");
Integer result = calExpression.interpreter(context);
System.out.println(result); // 46