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解释器模式

解释器模式(Interpreter Pattern)提供了评估语言的语法或表达式的方式,它属于行为型模式。

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。

这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

介绍

意图

定义一种语言的文法表示,并创建一个解释器,该解释器能够解释该语言中的句子。。

主要解决的问题

  • 解释器模式用于构建一个能够解释特定语言或文法的句子的解释器。

使用场景

  • 当某一特定类型的问题频繁出现,并且可以通过一种简单的语言来表达这些问题的实例时。

实现方式

  • 定义文法:明确语言的终结符和非终结符。
  • 构建语法树:根据语言的句子构建对应的语法树结构。
  • 创建环境类:包含解释过程中所需的全局信息,通常是一个HashMap。

关键代码

  • 终结符与非终结符:定义语言的文法结构。
  • 环境类:存储解释过程中需要的外部环境信息。

应用实例

  • 编译器:解释器模式可以用于编译器设计,将源代码解释为目标代码。
  • 正则表达式:解释器模式可以用于解析和执行正则表达式。
  • SQL解析:解释器模式可以用于解析和执行SQL语句。

优点

  • 可扩展性好:容易添加新的解释表达式的方式。
  • 灵活性:可以根据需要轻松扩展或修改文法。
  • 易于实现简单文法:对于简单的语言,实现起来相对容易。

缺点

  1. 使用场景有限:只适用于适合使用解释的简单文法。
  2. 维护困难:对于复杂的文法,维护和扩展变得困难。
  3. 类膨胀:可能会产生很多类,每个文法规则对应一个类。
  4. 递归调用:解释器模式通常使用递归调用,这可能难以理解和跟踪。

使用建议

  • 在需要解释执行语言中的句子时,考虑使用解释器模式。
  • 确保文法简单,以避免系统变得过于复杂。

注意事项

  • 解释器模式在 Java 中可能不是首选,如果遇到适用场景,可以考虑使用如expression4J之类的库来代替。

结构

解释器模式包含以下几个主要角色:

  • 抽象表达式(Abstract Expression):定义了解释器的抽象接口,声明了解释操作的方法,通常是一个抽象类或接口。

  • 终结符表达式(Terminal Expression):实现了抽象表达式接口的终结符表达式类,用于表示语言中的终结符(如变量、常量等),并实现了对应的解释操作。

  • 非终结符表达式(Non-terminal Expression):实现了抽象表达式接口的非终结符表达式类,用于表示语言中的非终结符(如句子、表达式等),并实现了对应的解释操作。

  • 上下文(Context):包含解释器之外的一些全局信息,在解释过程中提供给解释器使用,通常用于存储变量的值、保存解释器的状态等。

  • 客户端(Client):创建并配置具体的解释器对象,并将需要解释的表达式传递给解释器进行解释。

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 OrExpressionAndExpression 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。

解释器模式的 UML 图

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

执行程序,输出结果:

John is male? true
Julie is a married women? true