1.定義

給分析對(duì)象定義一個(gè)語言，并定義該語言的文法表示，再設(shè)計(jì)一個(gè)解析器來解釋語言中的句子。也就是說，用編譯語言的方式來分析應(yīng)用中的實(shí)例。這種模式實(shí)現(xiàn)了文法表達(dá)式處理的接口，該接口解釋一個(gè)特定的上下文

這里提到的文法和句子的概念同編譯原理中的描述相同，“文法”指語言的語法規(guī)則，而“句子”是語言集中的元素。例如，漢語中的句子有很多，“我是中國(guó)人”是其中的一個(gè)句子，可以用一棵語法樹來直觀地描述語言中的句子

2.優(yōu)缺點(diǎn)

其主要優(yōu)點(diǎn)如下:

• 擴(kuò)展性好。由于在解釋器模式中使用類來表示語言的文法規(guī)則，因此可以通過繼承等機(jī)制來改變或擴(kuò)展文法。
• 容易實(shí)現(xiàn)。在語法樹中的每個(gè)表達(dá)式節(jié)點(diǎn)類都是相似的，所以實(shí)現(xiàn)其文法較為容易。

主要缺點(diǎn)如下:

• 執(zhí)行效率較低。解釋器模式中通常使用大量的循環(huán)和遞歸調(diào)用，當(dāng)要解釋的句子較復(fù)雜時(shí)，其運(yùn)行速度很慢，且代碼的調(diào)試過程也比較麻煩。
• 會(huì)引起類膨脹。解釋器模式中的每條規(guī)則至少需要定義一個(gè)類，當(dāng)包含的文法規(guī)則很多時(shí)，類的個(gè)數(shù)將急劇增加，導(dǎo)致系統(tǒng)難以管理與維護(hù)。
• 可應(yīng)用的場(chǎng)景比較少。在軟件開發(fā)中，需要定義語言文法的應(yīng)用實(shí)例非常少，所以這種模式很少被使用到

3.結(jié)構(gòu)

解釋器模式常用于對(duì)簡(jiǎn)單語言的編譯或分析實(shí)例中，為了掌握好它的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)，必須先了解編譯原理中的“文法、句子、語法樹”等相關(guān)概念。
1) 文法
文法是用于描述語言的語法結(jié)構(gòu)的形式規(guī)則。沒有規(guī)矩不成方圓，例如，有些人認(rèn)為完美愛情的準(zhǔn)則是“相互吸引、感情專一、任何一方都沒有戀愛經(jīng)歷”，雖然最后一條準(zhǔn)則較苛刻，但任何事情都要有規(guī)則，語言也一樣，不管它是機(jī)器語言還是自然語言，都有它自己的文法規(guī)則。例如，中文中的“句子”的文法如下。

〈句子〉::=〈主語〉〈謂語〉〈賓語〉
〈主語〉::=〈代詞〉|〈名詞〉
〈謂語〉::=〈動(dòng)詞〉
〈賓語〉::=〈代詞〉|〈名詞〉
〈代詞〉你|我|他
〈名詞〉7大學(xué)生I筱霞I英語
〈動(dòng)詞〉::=是|學(xué)習(xí)

注：這里的符號(hào)“::=”表示“定義為”的意思，用“〈”和“〉”括住的是非終結(jié)符，沒有括住的是終結(jié)符。

2) 句子
句子是語言的基本單位，是語言集中的一個(gè)元素，它由終結(jié)符構(gòu)成，能由“文法”推導(dǎo)出。例如，上述文法可以推出“我是大學(xué)生”，所以它是句子。

3) 語法樹
語法樹是句子結(jié)構(gòu)的一種樹型表示，它代表了句子的推導(dǎo)結(jié)果，它有利于理解句子語法結(jié)構(gòu)的層次。圖 1 所示是“我是大學(xué)生”的語法樹。

句子“我是大學(xué)生”的語法樹.png

解釋器模式的結(jié)構(gòu)與組合模式相似，不過其包含的組成元素比組合模式多，而且組合模式是對(duì)象結(jié)構(gòu)型模式，而解釋器模式是類行為型模式

解釋器模式包含以下主要角色:

• 抽象表達(dá)式（Abstract Expression）角色：定義解釋器的接口，約定解釋器的解釋操作，主要包含解釋方法 interpret()。
• 終結(jié)符表達(dá)式（Terminal Expression）角色：是抽象表達(dá)式的子類，用來實(shí)現(xiàn)文法中與終結(jié)符相關(guān)的操作，文法中的每一個(gè)終結(jié)符都有一個(gè)具體終結(jié)表達(dá)式與之相對(duì)應(yīng)。
• 非終結(jié)符表達(dá)式（Nonterminal Expression）角色：也是抽象表達(dá)式的子類，用來實(shí)現(xiàn)文法中與非終結(jié)符相關(guān)的操作，文法中的每條規(guī)則都對(duì)應(yīng)于一個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式。
• 環(huán)境（Context）角色：通常包含各個(gè)解釋器需要的數(shù)據(jù)或是公共的功能，一般用來傳遞被所有解釋器共享的數(shù)據(jù)，后面的解釋器可以從這里獲取這些值。
• 客戶端（Client）：主要任務(wù)是將需要分析的句子或表達(dá)式轉(zhuǎn)換成使用解釋器對(duì)象描述的抽象語法樹，然后調(diào)用解釋器的解釋方法，當(dāng)然也可以通過環(huán)境角色間接訪問解釋器的解釋方法。

結(jié)構(gòu)圖.png

4.示例代碼

/*文法規(guī)則
  <expression> ::= <city>的<person>
  <city> ::= 韶關(guān)|廣州
  <person> ::= 老人|婦女|兒童
*/
public class InterpreterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Context bus = new Context();
        bus.freeRide("韶關(guān)的老人");
        bus.freeRide("韶關(guān)的年輕人");
        bus.freeRide("廣州的婦女");
        bus.freeRide("廣州的兒童");
        bus.freeRide("山東的兒童");
    }
}
//抽象表達(dá)式類
interface Expression {
    public boolean interpret(String info);
}
//終結(jié)符表達(dá)式類
class TerminalExpression implements Expression {
    private Set<String> set = new HashSet<String>();
    public TerminalExpression(String[] data) {
        for (int i = 0; i < data.length; i++) set.add(data[i]);
    }
    public boolean interpret(String info) {
        if (set.contains(info)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}
//非終結(jié)符表達(dá)式類
class AndExpression implements Expression {
    private Expression city = null;
    private Expression person = null;
    public AndExpression(Expression city, Expression person) {
        this.city = city;
        this.person = person;
    }
    public boolean interpret(String info) {
        String s[] = info.split("的");
        return city.interpret(s[0]) && person.interpret(s[1]);
    }
}
//環(huán)境類
class Context {
    private String[] citys = {"韶關(guān)", "廣州"};
    private String[] persons = {"老人", "婦女", "兒童"};
    private Expression cityPerson;
    public Context() {
        Expression city = new TerminalExpression(citys);
        Expression person = new TerminalExpression(persons);
        cityPerson = new AndExpression(city, person);
    }
    public void freeRide(String info) {
        boolean ok = cityPerson.interpret(info);
        if (ok) System.out.println("您是" + info + "，您本次乘車免費(fèi)！");
        else System.out.println(info + "，您不是免費(fèi)人員，本次乘車扣費(fèi)2元！");
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

您是韶關(guān)的老人，您本次乘車免費(fèi)！
韶關(guān)的年輕人，您不是免費(fèi)人員，本次乘車扣費(fèi)2元！
您是廣州的婦女，您本次乘車免費(fèi)！
您是廣州的兒童，您本次乘車免費(fèi)！
山東的兒童，您不是免費(fèi)人員，本次乘車扣費(fèi)2元！

5.應(yīng)用場(chǎng)景

1. 當(dāng)語言的文法較為簡(jiǎn)單，且執(zhí)行效率不是關(guān)鍵問題時(shí)。
2. 當(dāng)問題重復(fù)出現(xiàn)，且可以用一種簡(jiǎn)單的語言來進(jìn)行表達(dá)時(shí)。
3. 當(dāng)一個(gè)語言需要解釋執(zhí)行，并且語言中的句子可以表示為一個(gè)抽象語法樹的時(shí)候，如 XML 文檔解釋。

注意：解釋器模式在實(shí)際的軟件開發(fā)中使用比較少，因?yàn)樗鼤?huì)引起效率、性能以及維護(hù)等問題。如果碰到對(duì)表達(dá)式的解釋，在 Java中可以用 Expression4J或 Jep等來設(shè)計(jì)。

6.參考

解釋器模式