解释器模式

1、解释器模式介绍

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为设计模式，它定义了一个语言的语法表示，并且使用解释器来解释这个语法。

该模式的核心思想是将一个语言表达式表示为一个抽象语法树，然后定义解释器来遍历这棵语法树并执行相应的操作。解释器模式常用于处理特定的语法或规则，并且可以根据需求进行灵活的扩展。

1.1 解释器模式基本实现

解释器模式结构图：

以下是解释器模式的关键角色：

1. 抽象表达式（Abstract Expression）：定义了解释器的接口，其中包含了一个抽象的interpret()方法，所有具体表达式都必须实现这个接口。
2. 终结符表达式（Terminal Expression）：实现了抽象表达式接口，并表示语法中的终结符（即不可再分的最小单元），例如变量或常量。
3. 非终结符表达式（Non-terminal Expression）：实现了抽象表达式接口，并表示语法中的非终结符，即可以由其他表达式组合而成的复杂表达式。
4. 上下文（Context）：包含解释器解释的上下文信息，一般是一个包含了各种全局信息的数据结构。

解释器模式的工作流程如下：

1. 客户端创建并配置解释器的上下文。
2. 客户端创建具体的解释器对象，并用抽象表达式接口进行引用。
3. 客户端将表达式构建成抽象语法树。
4. 客户端调用解释器的interpret()方法，传入上下文对象，执行解释操作。

AbstractExpression（抽象表达式），声明一个抽象的解释操作，这个接口为抽象语法树中所有的节点所共享。

/*** @author Shier* CreateTime 2023/5/24 19:27* 抽象表达式*/
public abstract class AbstractExpression {/*** 解释操作 - 类似翻译* @param context*/public abstract void interpret(Context context);
}

TerminalExpression（终结符表达式），实现与文法中的终结符相关联 的解释操作。实现抽象表达式中所要求的接口，主要是一个interpret（）方 法。文法中每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。

/*** @author Shier* CreateTime 2023/5/24 19:29* 终结者表达式*/
public class TerminalExpression extends AbstractExpression{@Overridepublic void interpret(Context context) {System.out.println("终端解释器");}
}

NonterminalExpression（非终结符表达式），为文法中的非终结符实现 解释操作。对文法中每一条规则R1、R2、…、Rn都需要一个具体的非终结符 表达式类。通过实现抽象表达式的interpret（）方法实现解释操作。解释操 作以递归方式调用上面所提到的代表R1、R2、…、Rn中各个符号的实例变量。

/*** @author Shier* CreateTime 2023/5/24 19:29* 非终结者表达式*/
public class NotTerminalExpression extends AbstractExpression{@Overridepublic void interpret(Context context) {System.out.println("非终端解释器");}
}

Context，包含解释器之外的一些全局信息。

/*** @author Shier* CreateTime 2023/5/24 19:31* 解释器外的全局信息*/
public class Context {private String input;private String outPut;public String getInput() {return input;}public void setInput(String input) {this.input = input;}public String getOutPut() {return outPut;}public void setOutPut(String outPut) {this.outPut = outPut;}
}

客户端代码，构建表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树。调用解释操作。

/*** @author Shier* CreateTime 2023/5/24 19:31*/
public class ExpressClient {public static void main(String[] args) {Context context = new Context();ArrayList<AbstractExpression> arrayList = new ArrayList<>();arrayList.add(new TerminalExpression());arrayList.add(new NotTerminalExpression());arrayList.add(new TerminalExpression());arrayList.add(new TerminalExpression());for (AbstractExpression expression : arrayList) {expression.interpret(context);}}
}

最终得出的结果：

2、具体例子实现解释器模式

2.1 不使用解释器模式进行翻译

/*** @author Shier* CreateTime 2023/5/24 19:50*/
public class ExpreMain {public static void main(String[] args) {String sentence = "How much does it cost?";String language = "中文";String translatedSentence;if (language.equals("English")) {translatedSentence = translateToEnglish(sentence);} else if (language.equals("Spanish")) {translatedSentence = translateToSpanish(sentence);} else if (language.equals("French")) {translatedSentence = translateToFrench(sentence);} else if (language.equals("中文")) {translatedSentence = translateToChinese(sentence);} else {translatedSentence = "Language not supported";}System.out.println("Translated sentence: " + translatedSentence);}private static String translateToEnglish(String sentence) {// 实现将句子翻译为英语的逻辑return sentence;}private static String translateToChinese(String sentence) {// 实现将句子翻译为英语的逻辑return "要多少钱？";}private static String translateToSpanish(String sentence) {// 实现将句子翻译为西班牙语的逻辑return "¿Cuánto cuesta?";}private static String translateToFrench(String sentence) {// 实现将句子翻译为法语的逻辑return "Combien ça coûte ?";}
}

翻译得到的结果：

2.2 使用解释器模式

具体的实现过程：

抽象表达类：

/*** @author Shier*/
public interface Expression {String interpret(Context context);
}

语言表达符号：

/*** @author Shier*/
public class LanguageExpression implements Expression {private String language;public LanguageExpression(String language) {this.language = language;}@Overridepublic String interpret(Context context) {return context.translate(language);}
}

非语言表达符：

/*** @author Shier*/
public class NonLanguageExpression implements Expression {private Expression firstExpression;private Expression secondExpression;public NonLanguageExpression(Expression firstExpression, Expression secondExpression) {this.firstExpression = firstExpression;this.secondExpression = secondExpression;}@Overridepublic String interpret(Context context) {String firstTranslation = firstExpression.interpret(context);String secondTranslation = secondExpression.interpret(context);return firstTranslation + " " + secondTranslation;}
}

Context：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class Context {private Map<String, String> translations;public Context() {translations = new HashMap<>();}public void addTranslation(String language, String translation) {translations.put(language, translation);}public String translate(String language) {return translations.get(language);}
}

客户端：

public class InterpreterExample {public static void main(String[] args) {Context context = new Context();context.addTranslation("English", "Hello");context.addTranslation("French", "Bonjour");context.addTranslation("Spanish", "Hola");Expression englishExpression = new LanguageExpression("English");Expression frenchExpression = new LanguageExpression("French");Expression spanishExpression = new LanguageExpression("Spanish");Expression combinedExpression = new NonLanguageExpression(frenchExpression,spanishExpression);String travelerLanguage = "French";String translatedText = null;if (travelerLanguage.equals("English")) {translatedText = englishExpression.interpret(context);} else if (travelerLanguage.equals("French")) {translatedText = combinedExpression.interpret(context);} else if (travelerLanguage.equals("Spanish")) {translatedText = spanishExpression.interpret(context);}System.out.println("Traveler: " + translatedText);}
}

结果：

2.3 使用解释器模式进行不同的日期格式转换

import java.time.LocalDate;
import java.time.format.DateTimeFormatter;// 抽象表达式接口
interface Expression {LocalDate interpret(String context);
}// 具体表达式类 - 解析“yyyy-MM-dd”格式的日期
class YearMonthDayExpression implements Expression {@Overridepublic LocalDate interpret(String context) {DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");return LocalDate.parse(context, formatter);}
}// 具体表达式类 - 解析“dd/MM/yyyy”格式的日期
class DayMonthYearExpression implements Expression {@Overridepublic LocalDate interpret(String context) {DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("dd/MM/yyyy");return LocalDate.parse(context, formatter);}
}// 上下文类
class Context {private Expression expression;public Context(Expression expression) {this.expression = expression;}public LocalDate interpret(String context) {return expression.interpret(context);}
}// 示例
public class Main {public static void main(String[] args) {// 输入日期字符串String dateString = "2023-05-24";// 创建解析器Expression expression = new YearMonthDayExpression();Context context = new Context(expression);// 解析日期LocalDate date = context.interpret(dateString);// 打印解析结果System.out.println("Parsed date: " + date);}
}

到此应该知道解释器模式的用处，我们再来总结一下解释器模式

3、解释器模式总结

3.1 使用场景

1. 构建编程语言解释器：解释器模式非常适合构建编程语言解释器，可以将语言的语法规则定义为解释器中的表达式类，并执行对应的操作。
2. 规则引擎：解释器模式可以用于实现规则引擎，通过解释器来解析和执行规则，对输入数据进行处理和判断。
3. 数学表达式解析：解释器模式可用于解析和计算数学表达式，将表达式表示为抽象语法树，并通过解释器执行相应的操作。
4. 查询语言解析：解释器模式可以用于解析和执行查询语言，例如数据库查询语言等。

3.2 解释器模式优点

1. 扩展性好：通过增加新的表达式类，可以灵活地扩展解释器的功能。
2. 易于实现语法：解释器模式可以通过解析语法树来定义语言的语法规则，使得语法定义清晰明确。
3. 易于实现特定领域语言：可以使用解释器模式来实现特定领域语言（Domain-Specific Language, DSL），以满足特定问题领域的需求。

3.3 解释器模式缺点

1. 执行效率相对较低：解释器模式通常需要解析和执行语法树，可能会导致较低的执行效率。
2. 可能引起类膨胀：如果语法规则非常复杂，可能会导致需要大量的表达式类，从而增加了类的数量，使代码复杂度增加。

实现规则引擎，通过解释器来解析和执行规则，对输入数据进行处理和判断。
3. 数学表达式解析：解释器模式可用于解析和计算数学表达式，将表达式表示为抽象语法树，并通过解释器执行相应的操作。
4. 查询语言解析：解释器模式可以用于解析和执行查询语言，例如数据库查询语言等。

3.2 解释器模式优点

1. 扩展性好：通过增加新的表达式类，可以灵活地扩展解释器的功能。
2. 易于实现语法：解释器模式可以通过解析语法树来定义语言的语法规则，使得语法定义清晰明确。
3. 易于实现特定领域语言：可以使用解释器模式来实现特定领域语言（Domain-Specific Language, DSL），以满足特定问题领域的需求。

3.3 解释器模式缺点

1. 执行效率相对较低：解释器模式通常需要解析和执行语法树，可能会导致较低的执行效率。
2. 可能引起类膨胀：如果语法规则非常复杂，可能会导致需要大量的表达式类，从而增加了类的数量，使代码复杂度增加。

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