23种设计模式(14):解释器模式

定义:给定一种语言,定义他的文法的一种表示,并定义一个解释器,该解释器使用该表示来解释语言中句子。

类型:行为类模式

类图:

解释器模式是一个比较少用的模式,本人之前也没有用过这个模式。下面我们就来一起看一下解释器模式。

解释器模式的结构

  • 抽象解释器:声明一个所有具体表达式都要实现的抽象接口(或者抽象类),接口中主要是一个interpret()方法,称为解释操作。具体解释任务由它的各个实现类来完成,具体的解释器分别由终结符解释器TerminalExpression和非终结符解释器NonterminalExpression完成。
  • 终结符表达式:实现与文法中的元素相关联的解释操作,通常一个解释器模式中只有一个终结符表达式,但有多个实例,对应不同的终结符。终结符一半是文法中的运算单元,比如有一个简单的公式R=R1+R2,在里面R1和R2就是终结符,对应的解析R1和R2的解释器就是终结符表达式。
  • 非终结符表达式:文法中的每条规则对应于一个非终结符表达式,非终结符表达式一般是文法中的运算符或者其他关键字,比如公式R=R1+R2中,+就是非终结符,解析+的解释器就是一个非终结符表达式。非终结符表达式根据逻辑的复杂程度而增加,原则上每个文法规则都对应一个非终结符表达式。
  • 环境角色:这个角色的任务一般是用来存放文法中各个终结符所对应的具体值,比如R=R1+R2,我们给R1赋值100,给R2赋值200。这些信息需要存放到环境角色中,很多情况下我们使用Map来充当环境角色就足够了。

代码实现

class Context {}
abstract class Expression {
	public abstract Object interpreter(Context ctx);
}
class TerminalExpression extends Expression {
	public Object interpreter(Context ctx){
		return null;
	}
}
class NonterminalExpression extends Expression {
	public NonterminalExpression(Expression...expressions){
		
	}
	public Object interpreter(Context ctx){
		return null;
	}
}
public class Client {
	public static void main(String[] args){
		String expression = "";
		char[] charArray = expression.toCharArray();
		Context ctx = new Context();
		Stack<Expression> stack = new Stack<Expression>();
		for(int i=0;i<charArray.length;i++){
			//进行语法判断,递归调用
		}
		Expression exp = stack.pop();
		exp.interpreter(ctx);
	}
}

文法递归的代码部分需要根据具体的情况来实现,因此在代码中没有体现。抽象表达式是生成语法集合的关键,每个非终结符表达式解释一个最小的语法单元,然后通过递归的方式将这些语法单元组合成完整的文法,这就是解释器模式。

解释器模式的优缺点

解释器是一个简单的语法分析工具,它最显著的优点就是扩展性,修改语法规则只需要修改相应的非终结符就可以了,若扩展语法,只需要增加非终结符类就可以了。

但是,解释器模式会引起类的膨胀,每个语法都需要产生一个非终结符表达式,语法规则比较复杂时,就可能产生大量的类文件,为维护带来非常多的麻烦。同时,由于采用递归调用方法,每个非终结符表达式只关心与自己相关的表达式,每个表达式需要知道最终的结果,必须通过递归方式,无论是面向对象的语言还是面向过程的语言,递归都是一个不推荐的方式。由于使用了大量的循环和递归,效率是一个不容忽视的问题。特别是用于解释一个解析复杂、冗长的语法时,效率是难以忍受的。

解释器模式的适用场景

在以下情况下可以使用解释器模式:

  • 有一个简单的语法规则,比如一个sql语句,如果我们需要根据sql语句进行rm转换,就可以使用解释器模式来对语句进行解释。
  • 一些重复发生的问题,比如加减乘除四则运算,但是公式每次都不同,有时是a+b-c*d,有时是a*b+c-d,等等等等个,公式千变万化,但是都是由加减乘除四个非终结符来连接的,这时我们就可以使用解释器模式。

注意事项

解释器模式真的是一个比较少用的模式,因为对它的维护实在是太麻烦了,想象一下,一坨一坨的非终结符解释器,假如不是事先对文法的规则了如指掌,或者是文法特别简单,则很难读懂它的逻辑。解释器模式在实际的系统开发中使用的很少,因为他会引起效率、性能以及维护等问题。



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