走穿java23种设计模式–23解释器模式详解

解释器模式是一种按照规定语法对表达式进行解析的方案，在项目中较少使用。

一.解释器模式的现实场景

蔡梁是一个军事迷，他特别喜欢看《特种兵作战》子类的电视剧和电影。他尤其喜欢里面的手语，通过手语同伴之间能过相互交流并作出准确的行动。他也经常和相邀一起去玩真人版CS，在真人版CS中他们也模仿电视剧或者电影里面的特种兵作战，他们手语的意思，然后用手语传达消息，他们玩得不亦乐乎。
在上面场景中，特种兵执行任务的时候，通常使用手语来传递消息，然后做出相应的行动，这类似于设计模式中的解释器模式。

二.解释器模式（Interpreter Pattern）的定义

给定一门语言，定义它的语法的一种表示，并定义一种解释器，该解释器使用该方法来解释语言中的语句

三.解释器模式的类图

四.解释器模式的五个角色

1.抽象表达式（Abstract Expression）角色

该角色声明一个所有的具体表达式角色都需要实现的抽象接口，该接口只要是含有一个解释器操作interpreter（）方法

2.终结符表达式（Terminal Expression）角色

该角色实现了抽象表达式角色所需要的接口，文法中的每一个终结符都会有一个具体终结表达式与之相对应。

3.非终结符表达式（Norterminal Expression）角色

该角色是一个具体角色，文法中的每一条规则都对应一个非终结符表达式类。

4. 环境（Context）角色

该角色提供解释器之外的全局信息。

5.客户端（Client）角色

该角色创建一个抽象语法树，调用解释器操作方法。

五.解释器模式的优缺点

解释器模式中的优点

1.简单的语法解析工具

2.扩展性良好，若修改语法规则，只要修改相应的非终结符表达式即可，若扩展语法，只要增加非终结符类即可。

解释权模式的缺点

1.解释器模式会引起类膨胀。每一个语法都要产生一个非终结符表达式，语法比较复杂时可能会产生大量的类文件，不易维护。

2.采用递归方法。每个非终结符表达只关心与自己有关的表达式，每个表达式想要知道最终的结果，必须一层一层剥茧，无论是面向过程的语言还是面向对象的语言，递归都是要在必要条件下才能使用的，它使程序不易调试。

六.解释器模式的使用场景

1.重复发生的问题可以使用解释器模式。

比如：多个应用服务器。每天产生大量的日志，系统需要对日志进行分析处理。由于各个服务器的日志格式不同，但是数据要素是相同的，按照解释器的说法就是终结符表达式都是相同的，非总结表达式就需要制定。

2.一个简单语法需要解释的场景。

七.解释器模式的示例

这里使用现实场景中的加减乘除运算做代码示例。

示例的类图

示例的代码

1.抽象表达式角色：算式表达式ArithmeticExpression

package p23_interpreter;

/**
 * 抽象表达式角色：算式表达式
 */
public interface ArithmeticExpression {
    //根据保存的值做出相应的运行并返回结果（子类做实际运算）
    int interpret(Variables variables);
}

2.终结符表达式：算术表达式中的变量Variable

package p23_interpreter;

/**
 * 终结符表达式：算术表达式中的变量
 */
public class Variable implements ArithmeticExpression{

    //根据原本定义的符号（对象），获取到对应的数值
    //比如X知道自己是10.。。
    @Override
    public int interpret(Variables variables) {
        return variables.get(this);
    }
}

3. 环境角色：Variables

package p23_interpreter;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 环境角色：使用Map保存各个变量的值：符号（对象）+数值
 * 比如，固定X的值10，Y的值为100等等
 */
public class Variables {

    Map<Variable, Integer> map = new HashMap<>();

    public void put(Variable variable, int value) {
        map.put(variable, value);
    }

    public int get(Variable variable) {
        return map.get(variable);
    }

}

4.非终结符表达式角色：加法运算 Plus

package p23_interpreter;


/**
 * 非终结符表达式角色：加法运算
 */
public class Plus implements ArithmeticExpression {
    ArithmeticExpression left;
    ArithmeticExpression right;

    //传入要运算的符号(对象),比如这里传入x,y,不过这里的x,y在其他地方已经被定义好数值的
    public Plus(ArithmeticExpression left, ArithmeticExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;

    }


    //Variables是一个Map里面具体的数据
    //这里通过interpret方法得到Map里面的具体数值，比如上面说的传入x，y那么interpret后就得到他们对应的数值
    //最后相加得到想要的结果
    @Override
    public int interpret(Variables variables) {
        return left.interpret(variables)+right.interpret(variables);
    }
}

5.非终结符表达式角色：减法运算 Subtract

package p23_interpreter;


/**
 * 非终结符表达式角色：减法运算
 */
public class Subtract implements ArithmeticExpression {
    ArithmeticExpression left;
    ArithmeticExpression right;

    //传入要运算的符号(对象),比如这里传入x,y,不过这里的x,y在其他地方已经被定义好数值的
    public Subtract(ArithmeticExpression left, ArithmeticExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;

    }


    //Variables是一个Map里面具体的数据
    //这里通过interpret方法得到Map里面的具体数值，比如上面说的传入x，y那么interpret后就得到他们对应的数值
    //最后相减得到想要的结果
    @Override
    public int interpret(Variables variables) {
        return left.interpret(variables) - right.interpret(variables);
    }
}

6.非终结符表达式角色：乘法运算 Multiply

package p23_interpreter;


/**
 * 非终结符表达式角色：乘法运算
 */
public class Multiply implements ArithmeticExpression {
    ArithmeticExpression left;
    ArithmeticExpression right;

    //传入要运算的符号(对象),比如这里传入x,y,不过这里的x,y在其他地方已经被定义好数值的
    public Multiply(ArithmeticExpression left, ArithmeticExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;

    }


    //Variables是一个Map里面具体的数据
    //这里通过interpret方法得到Map里面的具体数值，比如上面说的传入x，y那么interpret后就得到他们对应的数值
    //最后相乘得到想要的结果
    @Override
    public int interpret(Variables variables) {
        return left.interpret(variables) * right.interpret(variables);
    }
}

7.非终结符表达式角色：除法运算 Division

package p23_interpreter;


/**
 * 非终结符表达式角色：除法运算
 */
public class Division implements ArithmeticExpression {
    ArithmeticExpression left;
    ArithmeticExpression right;

    //传入要运算的符号(对象),比如这里传入x,y,不过这里的x,y在其他地方已经被定义好数值的
    public Division(ArithmeticExpression left, ArithmeticExpression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;

    }


    //Variables是一个Map里面具体的数据
    //这里通过interpret方法得到Map里面的具体数值，比如上面说的传入x，y那么interpret后就得到他们对应的数值
    //最后相除得到想要的结果
    @Override
    public int interpret(Variables variables) {
        return left.interpret(variables)/ right.interpret(variables);
    }
}

8.客户端：测试类InterpreterDemo

package p23_interpreter;

/**
 * 客户端：测试类
 */
public class InterpreterDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //定义可以存放变量对象和变量值数据的对象
        Variables variables = new Variables();

        //定义变量符号（对象）,分别定义x，y，z
        Variable x = new Variable();
        Variable y = new Variable();
        Variable z = new Variable();

        //分别給x，y，z定义具体的数值
        variables.put(x, 10);
        variables.put(y, 20);
        variables.put(z, 30);

        //计算x*（y+z/x）-x
        //这里拆分写
        //1. 计算除法z/x
        Division division = new Division(z, x);
        //2.计算加法y+z/x
        Plus plus = new Plus(y, division);
        //3.计算乘法x*（y+z/x）
        Multiply multiply = new Multiply(x, plus);
        //4.最后计算减法：x*（y+z/x）-x
        Subtract subtract = new Subtract(multiply, x);

        //获取最终的结果（把x，y，z的具体值的对象传进去）
        int result = subtract.interpret(variables);

        //得到结果：220
        System.out.println("result=" + result);


    }

}