解释器模式

解释器模式

 

模式动机

如果在系统中某一特定类型的问题发生的频率很高，此时可以考虑将这些问题的实例表述为一个语言中的句子，因此可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决这些问题。

解释器模式描述了如何构成一个简单的语言解释器，主要应用在使用面向对象语言开发的编译器中。

模式定义

解释器模式(Interpreter Pattern) ：定义语言的文法，并且建立一个解释器来解释该语言中的句子，这里的“语言”意思是使用规定格式和语法的代码，它是一种类行为型模式。

模式结构

 

 

模式结构

解释器模式包含如下角色：

Abstract Expression: 抽象表达式

Terminal Expression: 终结符表达式

Nonterminal Expression: 非终结符表达式

Context: 环境类

Client: 客户类

模式分析

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。

模式分析

文法规则

在文法规则定义中可以使用一些符号来表示不同的含义，

抽象语法树：

除了使用文法规则来定义一个语言，在解释器模式中还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。

模式分析

抽象语法树描述了如何构成一个复杂的句子，通过对抽象语法树的分析，可以识别出语言中的终结符和非终结符类。

抽象语法树描述了如何构成一个复杂的句子，通过对抽象语法树的分析，可以识别出语言中的终结符和非终结符类。

在解释器模式中，每一种终结符和非终结符都有一个具体类与之对应，正因为使用类来表示每一个语法规则，使得系统具有较好的扩展性和灵活性。

 

解释器模式实例与解析

实例：数学运算解释器

现需要构造一个语言解释器，使得系统可以执行整数间的乘、除和求模运算。如用户输入表达式“3 * 4 / 2 % 4”，输出结果为2。使用解释器模式实现该功能。

 

 

解释器模式实例与解析

实例：数学运算解释器

 

 

模式优缺点

解释器模式的优点

易于改变和扩展文法。

易于实现文法。

增加了新的解释表达式的方式。

解释器模式的缺点

对于复杂文法难以维护。

执行效率较低。

应用场景很有限。

模式适用环境

在以下情况下可以使用解释器模式：

可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。

一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。

文法较为简单。

效率不是关键问题。

模式应用

(1) 解释器模式在使用面向对象语言实现的编译器中得到了广泛的应用，如Smalltalk语言的编译器。

(2) 目前有一些基于Java抽象语法树的源代码处理工具，如在Eclipse中就提供了Eclipse AST，它是Eclipse JDT的一个重要组成部分，用来表示Java语言的语法结构，用户可以通过扩展其功能，创建自己的文法规则。

(3) 可以使用解释器模式，通过C++、Java、C#等面向对象语言开发简单的编译器，如数学表达式解析器、正则表达式解析器等，用于增强这些语言的功能，使之增加一些新的文法规则，用于解释一些特定类型的语句。