【设计模式-解释模式】

定义

解释器模式是一种行为设计模式,用于定义一种语言的文法,并提供一个解释器来处理该语言的句子。它通过为每个语法规则定义一个类,使得可以将复杂的表达式逐步解析和求值。这种模式适用于需要解析和执行语法规则的场景。

UML图

组成角色

  • AbstractExpression(抽象表达式):声明一个解释操作的接口,所有具体表达式都需要实现这个接口。
  • TerminalExpression(终结符表达式):实现了抽象表达式接口,代表文法中的基本元素,通常用于处理终结符。
  • NonTerminalExpression(非终结符表达式):也实现了抽象表达式接口,通常用于处理文法中的组合结构,调用一个或多个终结符表达式。
  • Context(上下文):存储在解释过程中需要的全局信息,通常包含解释器所需的数据。

工作流程

  1. 客户端创建上下文对象并定义一个具体的表达式树。
  2. 通过上下文,将输入的句子传递给解释器,解释器会解析该句子。
  3. 解析过程通过调用表达式对象的解释方法,逐步解析并返回结果。

代码

java 复制代码
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// AbstractExpression
interface Expression {
    int interpret(Map<String, Integer> context);
}

// TerminalExpression
class Number implements Expression {
    private final int number;

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

    @Override
    public int interpret(Map<String, Integer> context) {
        return number;
    }
}

// NonTerminalExpression
class Add implements Expression {
    private final Expression left;
    private final Expression right;

    public Add(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Map<String, Integer> context) {
        return left.interpret(context) + right.interpret(context);
    }
}

class Subtract implements Expression {
    private final Expression left;
    private final Expression right;

    public Subtract(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Map<String, Integer> context) {
        return left.interpret(context) - right.interpret(context);
    }
}

// Client code
public class InterpreterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1 + 2 - 3
        Expression expression = new Subtract(new Add(new Number(1), new Number(2)), new Number(3));
        
        // 计算
        Map<String, Integer> context = new HashMap<>();
        int result = expression.interpret(context);
        
        System.out.println("Result: " + result); // Output: Result: 0
    }
}

优点

  • 易于扩展:可以通过增加新的终结符和非终结符类来扩展语言。
  • 清晰的结构:每个表达式都有对应的类,使得文法和解析逻辑清晰分离。

缺点

  • 类的数量增多:对于复杂文法,可能会导致类的数量激增,管理困难。
  • 性能问题:对于复杂的解析过程,可能会导致性能下降,因为每次解释都需要创建新的对象。

使用场景

  • 当需要定义一种语言的文法并需要解释它时,例如简单编程语言、正则表达式的解释等。
  • 当文法规则相对简单且可扩展时,适合使用解释器模式。
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