本文實(shí)例代碼：https://github.com/JamesZBL/java_design_patterns

解釋器（Interpreter）模式提供了校驗(yàn)語言的語法或表達(dá)式的途徑，它屬于行為型模式的一種。這種模式通常會(huì)提供一個(gè)表達(dá)式接口，通過這個(gè)接口可以解釋對(duì)應(yīng)特定環(huán)境的上下文。

解釋器模式在日常開發(fā)的過程中不是很常用，但它在 SQL 解析、符號(hào)處理引擎、編譯程序等場景中使用非常廣泛。

實(shí)例

給定一個(gè)語言，解釋器模式可以定義出其文法的一種表示,并定義一個(gè)解釋器，該解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。舉個(gè)簡單的例子，在某種計(jì)算器中輸入 5+1-3*2，每輸入一個(gè)字符，屏幕上都會(huì)顯示當(dāng)前的結(jié)果，和這種計(jì)算器不同的是另外一種，即一次性輸入 5+1-3*2 然后點(diǎn)擊 =，直接得出最終結(jié)果，后面這種計(jì)算器就用到了解釋器。

我們輸入的這一系列符號(hào)可以用二叉樹的形式來表示，比如 5+1-3*2：

這個(gè)二叉樹就是一個(gè)簡單的語法樹，在一般的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言的編譯過程中，通常都包含類似的語法樹生成的過程。

圖中的 5、 1、 3、 2 都叫做 終結(jié)符表達(dá)式，所謂終結(jié)符就是本身不能再推導(dǎo)出其他符號(hào)了，圖中的 +、 -、 * 這些四則運(yùn)算符號(hào)就是 非終結(jié)符表達(dá)式 了，因?yàn)榭梢杂蛇@些符號(hào)分別展開，形成各自的子表達(dá)式。對(duì)于四則運(yùn)算表達(dá)式，解析的結(jié)果就是運(yùn)算結(jié)果，所以運(yùn)算符號(hào)可以抽象出一個(gè)接口，包含一個(gè)返回值為整數(shù)（假設(shè)只有整數(shù)參與運(yùn)算）的 interpret() 方法。

Expression.java

ublic abstract class Expression {

  public abstract int interpret() throws Exception;

  @Override

  public abstract String toString();

}

由于加減乘除解釋的出來的運(yùn)算結(jié)果顯然是不同的，所以分別實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口形成四個(gè)類，四則運(yùn)算符號(hào)需要左右兩個(gè)操作數(shù)才能進(jìn)行解釋運(yùn)算，所以每個(gè)運(yùn)算符都持有兩個(gè)符號(hào)的引用，分別作為其左運(yùn)算數(shù)和右運(yùn)算數(shù)：

加號(hào)，PlusExpression.java：

public class PlusExpression extends Expression {

  private Expression expressionLeft;

  private Expression expressionRight;

  public PlusExpression(Expression expressionLeft, Expression expressionRight) {

    this.expressionLeft = expressionLeft;

    this.expressionRight = expressionRight;

  }

  @Override

  public int interpret() throws Exception {

    return expressionLeft.interpret() + expressionRight.interpret();

  }

  @Override

  public String toString() {

    return "+";

  }

}

減號(hào)，MinusExpression.java：

public class MinusExpression extends Expression {

  private Expression expressionLeft;

  private Expression expressionRight;

  public MinusExpression(Expression expressionLeft, Expression expressionRight) {

    this.expressionLeft = expressionLeft;

    this.expressionRight = expressionRight;

  }

  @Override

  public int interpret() throws Exception {

    return expressionLeft.interpret() - expressionRight.interpret();

  }

  @Override

  public String toString() {

    return "-";

  }

}

乘號(hào)，MultipleExpression.java：

public class MultipleExpression extends Expression {

  private Expression expressionLeft;

  private Expression expressionRight;

  public MultipleExpression(Expression expressionLeft, Expression expressionRight) {

    this.expressionLeft = expressionLeft;

    this.expressionRight = expressionRight;

  }

  @Override

  public int interpret() throws Exception {

    return expressionLeft.interpret() * expressionRight.interpret();

  }

  @Override

  public String toString() {

    return "*";

  }

}

除號(hào)，DivisionExpression.java：

public class DivisionExpression extends Expression {

  private Expression expressionLeft;

  private Expression expressionRight;

  public DivisionExpression(Expression expressionLeft, Expression expressionRight) {

    this.expressionLeft = expressionLeft;

    this.expressionRight = expressionRight;

  }

  @Override

  public int interpret() throws Exception{

    return expressionLeft.interpret() / expressionRight.interpret();

  }

  @Override

  public String toString() {

    return "/";

  }

}

對(duì)于一個(gè)四則運(yùn)算的算式，除了這四個(gè)四則運(yùn)算符號(hào)，就是數(shù)字了，所以將數(shù)字抽象出一個(gè)數(shù)字符號(hào)類：

NumberExpression.java

public class NumberExpression extends Expression {

  private int number;

  public NumberExpression(int number) {

    this.number = number;

  }

  public NumberExpression(String numberString) {

    this.number = Integer.parseInt(numberString);

  }

  @Override

  public int interpret() {

    return number;

  }

  @Override

  public String toString() {

    return "數(shù)字";

  }

}

將上文中的算式用二叉樹的形式表示，按順序展開為一個(gè)字符序列，即 - + * 5 1 3 2，現(xiàn)在模仿計(jì)算器對(duì)其進(jìn)行解釋，這里用到了一點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，遍歷二叉樹通常采用 堆棧 (Stack) 結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)：

App.java

public class Application {

  private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Application.class);

  public static void main(String[] args) {

    try {

      String tokenString = "- + * 5 1 3 2";

      Stack<Expression> stack = new Stack<>();

      String[] stringList = tokenString.split(" ");

      for (String s : stringList) {

        if (isOperator(s)) {

          Expression expressionRight = stack.pop();

          Expression expressionLeft = stack.pop();

          LOGGER.info("左操作數(shù)：{}，右操作數(shù)：{}", expressionLeft.interpret(), expressionRight.interpret());

          Expression expression = getExpressionInstance(s, expressionLeft, expressionRight);

          LOGGER.info("操作符：{}", expression);

          Expression result;

          if (expression != null) {

            result = new NumberExpression(expression.interpret());

            LOGGER.info("運(yùn)算結(jié)果為：{}", result.interpret());

            stack.push(result);

          }

        } else {

          NumberExpression expression = new NumberExpression(s);

          stack.push(expression);

          LOGGER.info("數(shù)字入棧：{}", expression.interpret());

        }

      }

    } catch (Exception e) {

      e.printStackTrace();

    }

  }

  /**

   * 判斷字符串是否為四則運(yùn)算的操作符

   *

   * @param s 待判斷的字符串

   *

   * @return 是否為操作符

   */

  public static boolean isOperator(String s) {

    return s.equals("+") || s.equals("-") || s.equals("*") || s.equals("/");

  }

  /**

   * 根據(jù)字符串生成四則運(yùn)算表達(dá)式

   *

   * @param s 字符串

   * @param expressionLeft 左表達(dá)式

   * @param expressionRight 右表達(dá)式

   *

   * @return 四則運(yùn)算表達(dá)式

   */

  public static Expression getExpressionInstance(String s, Expression expressionLeft, Expression expressionRight) {

    if (isOperator(s)) {

      switch (s) {

        case "+": {

          return new PlusExpression(expressionLeft, expressionRight);

        }

        case "-": {

          return new MinusExpression(expressionLeft, expressionRight);

        }

        case "*": {

          return new MultipleExpression(expressionLeft, expressionRight);

        }

        case "/": {

          return new DivisionExpression(expressionLeft, expressionRight);

        }

      }

    }

    return null;

  }

}

總結(jié)

解釋器主要運(yùn)用方式就是解釋語法樹的節(jié)點(diǎn)，它將語法解釋規(guī)則和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜的解釋工作指派到不同的解釋器對(duì)象中，是什么語法就由什么解釋器來解釋。對(duì)于一棵生成好的語法樹，通常由根節(jié)點(diǎn)開始解釋，不斷遞歸，依次選擇適合子節(jié)點(diǎn)的解釋器來進(jìn)行解釋。

解釋器的應(yīng)用場景：

• 當(dāng)一個(gè)語言需要解釋執(zhí)行，并可以將該語言中的句子表示為一個(gè)抽象語法樹的時(shí)候，例如 XML 文件或正則表達(dá)式

• 一些重復(fù)出現(xiàn)的問題可以用一種簡單的語言來進(jìn)行表達(dá)

• 一個(gè)語言的文法較為簡單，比如四則運(yùn)算

• 當(dāng)執(zhí)行效率不是關(guān)鍵和主要關(guān)心的問題時(shí)可考慮解釋器模式，因?yàn)榇罅渴褂眠f歸循環(huán)調(diào)用，隨著語法的復(fù)雜程度加劇，解釋器的執(zhí)行效率會(huì)非常低

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