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解释器模式

UJava设计模式设计模式约 1129 字大约 4 分钟

概述

介绍：Java解释器模式是一种行为设计模式，它定义了一种语言和该语言的解释器，使得可以使用该语言来表达一些特定的操作。该模式适用于需要解释一些特定语言的场景，例如编译器、表达式计算器等。给分析对象定义一个语言，并定义该语言的文法表示，再设计一个解析器来解释语言中的句子。也就是说，用编译语言的方式来分析应用中的实例。这种模式实现了文法表达式处理的接口，该接口解释一个特定的上下文。
在Java中，可以使用抽象语法树（AST）来表示语言表达式，并使用解释器来执行这些表达式。解释器模式通常包括以下几个组件：

  • 抽象表达式（Abstract Expression）：定义了一个抽象的解释器接口，该接口包含了解释器需要实现的方法。
  • 终结符表达式（Terminal Expression）：实现了抽象表达式接口的终结符，用于表示语言中的基本操作或值。
  • 非终结符表达式（Non-Terminal Expression）：实现了抽象表达式接口的非终结符，用于表示语言中的复杂操作。
  • 上下文（Context）：包含了解释器需要的一些全局信息，例如变量、函数等。
  • 解释器（Interpreter）：使用上述组件来解释语言表达式，并执行相应的操作。

场景：

  • 1.解释器模式适用场景 : 某个 特定类型问题 发生频率 足够高 ;
    1. 日志处理 : 使用 脚本语言 或 编程语言 处理日志时 , 有很多服务 会产生 大量的日志 , 需要 对日志进行解析 , 生成报表 ;各个服务的日志格式不同 , 数据中的要素相同 , 这种情况下 , 通过程序解决上述问题 , 主要的解决方案就是使用解释器模式 ;

Spring 框架中 SpelExpressionParser 就使用解释器模式。日常项目中 , 解释器模式使用情况很少 ;解释器一般是 开源包 , 如 Express4J , JEP ;

优点：

  • 1.扩展性好。由于在解释器模式中使用类来表示语言的文法规则，因此可以通过继承等机制来改变或扩展文法
  • 2.容易实现。在语法树中的每个表达式节点类都是相似的，所以实现其文法较为容易

不足：

  • 1.执行效率较低。解释器模式中通常使用大量的循环和递归调用，当要解释的句子较复杂时，其运行速度很慢，且代码的调试过程也比较麻烦。
  • 2.会引起类膨胀。解释器模式中的每条规则至少需要定义一个类，当包含的文法规则很多时，类的个数将急剧增加，导致系统难以管理与维护。
  • 3.可应用的场景比较少。在软件开发中，需要定义语言文法的应用实例非常少，所以这种模式很少被使用到。

具体示例

// 抽象表达式角色
interface Expression {
    int interpret(Context context);
}
 
// 终结符表达式角色
class TerminalExpression implements Expression {
    private int value;
 
    public TerminalExpression(int value) {
        this.value = value;
    }
 
    @Override
    public int interpret(Context context) {
        return value;
    }
}
 
// 非终结符表达式角色
class NonterminalExpression implements Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;
 
    public NonterminalExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
 
    @Override
    public int interpret(Context context) {
        // 实现相应的逻辑，例如加法
        return left.interpret(context) + right.interpret(context);
    }
}
 
// 环境角色
class Context {
    // 可能包含解释器运行需要的全局信息
}
 
// 客户端代码
public class InterpreterPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建表达式对象
        Expression expr = new NonterminalExpression(
            new TerminalExpression(10), 
            new TerminalExpression(20)
        );
 
        // 执行解释操作
        Context context = new Context();
        int result = expr.interpret(context);
 
        System.out.println("解释器计算结果: " + result);  // 输出 30
    }
}

在这个例子中，Expression是抽象表达式角色，它声明了interpret方法来解释表达式。TerminalExpression是终结符表达式角色，它实现了具体的解释操作。NonterminalExpression是非终结符表达式角色，它通过组合方式将两个表达式组合起来，实现了逻辑运算。Context类可以用来传递解释器运行时的上下文信息。客户端代码创建了一个加法表达式并执行了解释操作。

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