初识设计模式 - 解释器模式

简介

在某些情况下，为了更好地描述某一些特定类型的问题，我们可以创建一种新的语言，这种语言拥有自己的表达式和结构，即文法规则。

解释器设计模式（Interpreter Design Pattern）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。

因此，解释器模式的定义是，为某个语言定义它的语法（文法）表示，并定义一个解释器用来处理这个语法。

典型实现

首先，需要定义一个抽象表达式类，其声明了抽象的解释操作，其代码示例如下：

public abstract class AbstractExpression {
    public abstract void interpret(Context context);
}

终结符表达式是抽象表达式的子类，它实现了与文法中的终结符相关联的解释操作，在句子中的每一个终结符都是该类的一个实例。其代码示例如下：

public class TerminalExpression extends AbstractExpression {
    public void interpret(Context context) {
        // 终结符表达式的解释操作
    }
}

非终结符表达式类相对比较复杂，由于在非终结符表达式中可以包含终结符表达式，也可以继续包含非终结符表达式，因此其解释操作一般通过递归的方式来完成。其代码示例如下：

public class NonTerminalExpression extends AbstractExpression {
    private AbstractExpression left;
    private AbstractExpression right;
 
    public NonTerminalExpression(AbstractExpression left, AbstractExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
 
    public void interpret(Context context) {
        // 递归调用每一个组成部分的 interpret() 方法
        // 在递归调用时指定组成部分的连接方式，即非终结符的功能
    }
}

通常在解释器模式中会提供一个环境类用于存储一些全局信息，如使用 HashMap 或者 ArrayList 等类型的集合对象，存储一系列公共信息，其代码示例如下：

public class Context {
    private HashMap map = new HashMap<>();
 
    public void assign(String key, String value) {
        // 往环境中设值
        map.put(key, value);
    }
 
    public String lookup(String key) {
        // 获取存储在环境类中的值
        return map.get(key);
    }
}

总结

优点

解释器模式的主要优点如下：

• 易于改变和扩展文法
• 每一条文法规则都可以表示为一个类，因此可以方便地实现一个简单的语言
• 实现文法较为容易
• 增加新的解释器表达式较为方便

缺点

解释器模式的主要缺点如下：

• 对于复杂文法难以维护，增加文法规则会导致类急剧增加，导致系统难以管理和维护
• 解释器模式使用了大量循环和递归调用，执行效率较低

适用场景

解释器模式的适用场景如下：

• 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
• 一个语言的文法较为简单

源码

在 JDK 中，java.text.Format 就是一个抽象表达式类的实现，如下是其部分源码：

public abstract class Format implements Serializable, Cloneable {
    AttributedCharacterIterator createAttributedCharacterIterator(String s) {
        AttributedString as = new AttributedString(s);
 
        return as.getIterator();
    }
 
    AttributedCharacterIterator createAttributedCharacterIterator(
                       AttributedCharacterIterator[] iterators) {
        AttributedString as = new AttributedString(iterators);
 
        return as.getIterator();
    }
}