解释器模式深度探究
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
文法规则实例：
expression ::= value | symbol
symbol ::= expression '+' expression | expression '-' expression
value ::= an integer //一个整数值
在文法规则定义中可以使用一些符号来表示不同的含义，如使用“|”表示或，使用“{”和“}”表示组合，使用“*”表示出现0次或多次等，其中使用频率最高的符号是表示或关系的“|” 。
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。
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
文法规则实例：
expression ::= value | symbol
symbol ::= expression '+' expression | expression '-' expression
value ::= an integer //一个整数值
在文法规则定义中可以使用一些符号来表示不同的含义，如使用“|”表示或，使用“{”和“}”表示组合，使用“*”表示出现0次或多次等，其中使用频率最高的符号是表示或关系的“|” 。
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。
实现
我们将创建一个接口 Expression 和实现了 Expression 接口的实体类。定义作为上下文中主要解释器的 TerminalExpression 类。其他的类 OrExpression、AndExpression 用于创建组合式表达式。
InterpreterPatternDemo，我们的演示类使用 Expression 类创建规则和演示表达式的解析。
步骤 1
创建一个表达式接口。
Expression.java
public interface Expression {
public boolean interpret(String context);
}
步骤 2
创建实现了上述接口的实体类。
TerminalExpression.java
public class TerminalExpression implements Expression {
private String data;
public TerminalExpression(String data){
this.data = data;
}
@Override
public boolean interpret(String context) {
if(context.contains(data)){
return true;
}
return false;
}
}
OrExpression.java
public class OrExpression implements Expression {
private Expression expr1 = null;
private Expression expr2 = null;
public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
this.expr1 = expr1;
this.expr2 = expr2;
}
@Override
public boolean interpret(String context) {
return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
}
}
AndExpression.java
public class AndExpression implements Expression {
private Expression expr1 = null;
private Expression expr2 = null;
public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
this.expr1 = expr1;
this.expr2 = expr2;
}
@Override
public boolean interpret(String context) {
return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context);
}
}
步骤 3
InterpreterPatternDemo 使用 Expression 类来创建规则，并解析它们。
InterpreterPatternDemo.java
public class InterpreterPatternDemo {
//规则：Robert 和 John 是男性
public static Expression getMaleExpression(){
Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
Expression john = new TerminalExpression("John");
return new OrExpression(robert, john);
}
//规则：Julie 是一个已婚的女性
public static Expression getMarriedWomanExpression(){
Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
Expression married = new TerminalExpression("Married");
return new AndExpression(julie, married);
}
public static void main(String[] args) {
Expression isMale = getMaleExpression();
Expression isMarriedWoman = getMarriedWomanExpression();
System.out.println("John is male? " + isMale.interpret("John"));
System.out.println("Julie is a married women? "
+ isMarriedWoman.interpret("Married Julie"));
}
}
步骤 4
验证输出。
John is male? true
Julie is a married women? true
