23种设计模式之解释器模式（Interpreter Pattern）

news2024/10/7 9:16:20

前言：大家好，我是小威，24届毕业生，在一家满意的公司实习。本篇文章将23种设计模式中的解释器模式，此篇文章为一天学习一个设计模式系列文章，后面会分享其他模式知识。
如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。
小威在此先感谢各位大佬啦~~🤞🤞
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以下正文开始
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文章目录

解释器模式概念
如何使用解释器模式
解释器模式优缺点
解释器模式案例
解释器模式小结

解释器模式概念

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种对象行为型模式，它定义了一种语言文法并且建立一个解释器来解释该语言中的句子。在解释器模式中，文法和解释器都是通过类来表示的，解释器模式主要用于对复杂的语言解析或者一些专业化的领域语言的处理。

解释器模式的核心是解释器类，在解释器模式中一般会定义两种解释器：

终结符解释器（Terminal Expression Interpreter）：终结符解释器用于解释语言中的基本单位，对应语法树中的叶子节点，比如变量、常量等。

非终结符解释器（Nonterminal Expression Interpreter）：非终结符解释器用于解释一个语法规则，对应语法树中的非叶子节点，比如算术表达式、逻辑表达式等。

如何使用解释器模式

在解释器模式中，我们先将要解释的句子抽象成一个语法树，然后使用递归算法在语法树上进行解释。整个解释过程就相当于不断地对语法树进行遍历，并将每个节点按照特定的规则进行解释。

解释器模式优缺点

解释器模式的优点是可以扩展语法规则，只需要增加相应的解释器即可，而不需要修改已有的解释器。但是，解释器模式的缺点也很明显，由于每个语法规则都需要对应一个解释器，因此解释器模式在解析复杂语句时会造成类膨胀和系统性能下降。

解释器模式案例

假设我们现在需要设计一个简单的四则运算语言，实现加减乘除的操作。

实现步骤如下：

首先，我们需要定义一个抽象的表达式接口 Expression，其中定义了 interpret() 方法，用于解释表达式。具体的四则运算符则分别对应非终结符解释器 AddExpression、SubtractExpression、MultiplyExpression 和 DivideExpression。而数字则是终结符解释器 NumberExpression。在每个解释器类中，都需要实现 interpret() 方法来解释相应的表达式。

代码如下：

// 表达式接口
public interface Expression {
    int interpret();
}

// 加法解释器
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();
    }
}

// 减法解释器
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();
    }
}

// 乘法解释器
public class MultiplyExpression implements Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;
    
    public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    
    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() * right.interpret();
    }
}

// 除法解释器
public class DivideExpression implements Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;
    
    public DivideExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    
    @Override
    public int interpret() {
        try {
            return left.interpret() / right.interpret();
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("除数不能为0");
            return -1;
        }
    }
}

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

现在我们可以使用这些类来解析四则运算表达式了。例如，对于表达式 “1 + 2 * 3 - 4 / 2”，其语法树如下所示：

/ \

/
/ \ |
1 * 2
/
3 /
|
4

我们可以使用以下代码来解析该表达式：

Expression expression = new SubtractExpression(
                                new AddExpression(
                                    new NumberExpression(1),
                                    new MultiplyExpression(
                                        new NumberExpression(2),
                                        new NumberExpression(3)
                                    )
                                ),
                                new DivideExpression(
                                    new NumberExpression(4),
                                    new NumberExpression(2)
                                )
                            );
int result = expression.interpret();
System.out.println("计算结果为：" + result);