解释器模式

解释器模式（Interpreter Pattern）是设计模式中较为特殊的一种行为型模式，主要用于构建一个解释器来解释处理某种特定语言或格式的文法规则。这种模式让你能够定义一种语言，并编写一个解释器来处理该语言中的句子。虽然它的应用场景相对较少，但在某些特定领域，比如编程语言编译器、正则表达式解析、查询语言处理等，解释器模式能发挥重要作用。

通俗解释一下解释器模式

解释器模式听起来有点复杂，适用场景也相对较少，但它的核心思想其实挺直接的。想象一下，你要教电脑理解一种简单的“秘密语言”，比如一种计算器语言，里面只有加减乘除和数字。解释器模式就是帮你设计一套方法，让计算机能读懂这种语言的规则，并执行相应的操作。

类图

基本概念

• 目的：让计算机理解并执行某种特定语言的规则。这个语言可以是非常简单，如数学表达式、布尔逻辑表达式，也可以是复杂的如编程语言的一部分。
• 核心思想：将语言的文法规则抽象为类结构，每个类代表文法规则的一个部分，通过这些类的组合可以构建出整个语言的解释结构。

关键角色

1. 抽象表达式（Abstract Expression）：定义所有解释器的共性操作接口，一般包括解释（interpret）方法。
2. 终结符表达式（Terminal Expression）：实现抽象表达式的子类，对应文法规则中的终结符，如数字、标识符等，它们是最简单的表达式，无需进一步分解。
3. 非终结符表达式（Non-Terminal Expression）：同样实现抽象表达式的子类，但对应文法规则中的非终结符，如加减乘除运算符，它们需要结合其他表达式来完成解释操作，通常会递归调用其他表达式对象的解释方法。
4. 环境（Context，可选）：存储解释器在解释过程中可能需要的一些全局信息或上下文状态。

优点

• 灵活性和扩展性：当需要支持新的运算符或者改变现有的计算规则时，你只需要添加新的类去实现那个共同的接口，而不需要修改已有的代码。这符合面向对象设计的“开放封闭原则”。
• 清晰的逻辑划分：每个表达式类负责解释自己的那部分逻辑，使得代码结构清晰，易于理解和维护。
• 易于实现简单语言：对于简单的语言或者表达式解析，解释器模式可以快速实现，不需要复杂的编译器技术。

适用场景

• 配置文件解析：很多应用程序有配置文件，通过解释器模式可以灵活解析不同格式和规则的配置。
• 查询语言处理：如SQL查询解析，虽然大型数据库系统可能采用更高效的编译技术，但对于小型或自定义查询语言，解释器模式足够使用。
• 脚本语言执行：一些轻量级的脚本执行引擎，比如自动化任务脚本，可以用解释器模式来设计。

示例

下面是一个使用解释器模式的Java代码示例，该示例演示了如何解析和计算简单的数学表达式（如“3 + 5 - 2”）。

1. 抽象表达式（Abstract Expression）

interface Expression {
    int interpret();
}

2. 终结符表达式（Terminal Expression）

class NumberExpression implements Expression {
    private int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return number;
    }
}

3. 非终结符表达式（Nonterminal Expression）

class AddExpression implements Expression {
    private Expression leftExpression;
    private Expression rightExpression;

    public AddExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return leftExpression.interpret() + rightExpression.interpret();
    }
}

class SubtractExpression implements Expression {
    private Expression leftExpression;
    private Expression rightExpression;

    public SubtractExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return leftExpression.interpret() - rightExpression.interpret();
    }
}

4. 上下文（Context）

上下文在这个简单的例子中没有使用，但在复杂的解释器模式实现中，可能需要一个上下文类来维护全局信息。

5. 客户端（Client）

import java.util.Stack;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        String expression = "3 5 + 2 -"; // 后缀表达式（逆波兰表达式）
        Expression result = parse(expression);
        System.out.println("Result: " + result.interpret()); // 输出: 6
    }

    public static Expression parse(String expression) {
        Stack<Expression> stack = new Stack<>();
        String[] tokens = expression.split(" ");

        for (String token : tokens) {
            if (isOperator(token)) {
                Expression rightExpression = stack.pop();
                Expression leftExpression = stack.pop();
                Expression operator = getOperatorInstance(token, leftExpression, rightExpression);
                stack.push(operator);
            } else {
                Expression number = new NumberExpression(Integer.parseInt(token));
                stack.push(number);
            }
        }

        return stack.pop();
    }

    public static boolean isOperator(String token) {
        return token.equals("+") || token.equals("-");
    }

    public static Expression getOperatorInstance(String operator, Expression left, Expression right) {
        switch (operator) {
            case "+":
                return new AddExpression(left, right);
            case "-":
                return new SubtractExpression(left, right);
        }
        return null;
    }
}

运行结果

Result: 6

解释

1. 抽象表达式（Expression）：定义了一个接口 interpret，用于解释表达式。
2. 终结符表达式（NumberExpression）：表示具体的数值，直接返回数值。
3. 非终结符表达式（AddExpression 和 SubtractExpression）：表示加法和减法操作，包含左右两个子表达式，并实现 interpret 方法来递归解释这些子表达式。
4. 客户端（Client）：解析并解释后缀表达式。首先将表达式分解为标记，然后根据标记类型（数字或操作符）创建相应的表达式对象，并使用栈来构建表达式树。