23种设计模式之解释器模式（Interpreter）

文章目录

• 概述
• 解释器模式的优缺点
• 解释器模式的结构和实现
  *
• 模式结构
• 模式实现
• JDK源码中的使用场景
• 总结

概述

解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

解释器模式的优缺点

• 优点
• 能够很容易地改变和扩展文法，因为该模式使用类来表示文法规则，你可使用继承来改变或扩展该文法。
• 比较容易实现文法，因为定义抽象语法树中各个节点地类的实现大体类似，这些类都易于直接编写。
• 缺点
• 解释器模式为文法中的每一条规则至少定义了一个类，因此包含许多规则的文法可能难以管理和维护。
• 易引起类膨胀。
• 可利用的场景较少。
• 解释器模式采用递归调用方法。

解释器模式的结构和实现

模式结构

• AbstrExpression: 抽象表达式
• TerminalExpression: 终结符表达式
• NonterminalExpression: 非终结符表达式
• Context: 环境类：包含解释器之外的一些全局信息

模式实现

我们将创建一个接口 Expression 和实现了 Expression 接口的实体类。定义作为上下文中主要解释器的 TerminalExpression 类。其他的类 OrExpression、 AndExpression 用于创建组合式表达式。

InterpreterPatternDemo，我们的演示类使用 Expression 类创建规则和演示表达式的解析。

Expression.java

public interface Expression {
   public boolean interpret(String context);
}

TerminalExpression.java

public class TerminalExpression implements Expression {

   private String data;

   public TerminalExpression(String data){
      this.data = data;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      if(context.contains(data)){
         return true;
      }
      return false;
   }
}

OrExpression.java

public class OrExpression implements Expression {

   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;

   public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
   }
}

AndExpression.java

public class AndExpression implements Expression {

   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;

   public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }

   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context);
   }
}

InterpreterPatternDemo.java

public class InterpreterPatternDemo {

   public static Expression getMaleExpression(){
      Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
      Expression john = new TerminalExpression("John");
      return new OrExpression(robert, john);
   }

   public static Expression getMarriedWomanExpression(){
      Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
      Expression married = new TerminalExpression("Married");
      return new AndExpression(julie, married);
   }

   public static void main(String[] args) {
      Expression isMale = getMaleExpression();
      Expression isMarriedWoman = getMarriedWomanExpression();

      System.out.println("John is male? " + isMale.interpret("John"));
      System.out.println("Julie is a married women? "
      + isMarriedWoman.interpret("Married Julie"));
   }
}

输出结果：

John is male? true
Julie is a married women? true

JDK源码中的使用场景

在JDK源码中的Pattern对正则表达式的编译和解析就体现到了解析器模式

private void compile() {

        if (has(CANON_EQ) && !has(LITERAL)) {
            normalize();
        } else {
            normalizedPattern = pattern;
        }
        patternLength = normalizedPattern.length();

        temp = new int[patternLength + 2];

        hasSupplementary = false;
        int c, count = 0;

        for (int x = 0; x < patternLength; x += Character.charCount(c)) {
            c = normalizedPattern.codePointAt(x);
            if (isSupplementary(c)) {
                hasSupplementary = true;
            }
            temp[count++] = c;
        }

        patternLength = count;

        if (! has(LITERAL))
            RemoveQEQuoting();

        buffer = new int[32];
        groupNodes = new GroupHead[10];
        namedGroups = null;

        if (has(LITERAL)) {

            matchRoot = newSlice(temp, patternLength, hasSupplementary);
            matchRoot.next = lastAccept;
        } else {

            matchRoot = expr(lastAccept);

            if (patternLength != cursor) {
                if (peek() == ')') {
                    throw error("Unmatched closing ')'");
                } else {
                    throw error("Unexpected internal error");
                }
            }
        }

        if (matchRoot instanceof Slice) {
            root = BnM.optimize(matchRoot);
            if (root == matchRoot) {
                root = hasSupplementary ? new StartS(matchRoot) : new Start(matchRoot);
            }
        } else if (matchRoot instanceof Begin || matchRoot instanceof First) {
            root = matchRoot;
        } else {
            root = hasSupplementary ? new StartS(matchRoot) : new Start(matchRoot);
        }

        temp = null;
        buffer = null;
        groupNodes = null;
        patternLength = 0;
        compiled = true;
    }

    Map<String, Integer> namedGroups() {
        if (namedGroups == null)
            namedGroups = new HashMap<>(2);
        return namedGroups;
    }

private Pattern(String p, int f) {

        pattern = p;
        flags = f;

        if ((flags & UNICODE_CHARACTER_CLASS) != 0)
            flags |= UNICODE_CASE;

        capturingGroupCount = 1;
        localCount = 0;

        if (pattern.length() > 0) {

            compile();
        } else {
            root = new Start(lastAccept);
            matchRoot = lastAccept;
        }
    }

总结

优点： 1、可扩展性比较好，灵活。 2、增加了新的解释表达式的方式。 3、易于实现简单文法。

缺点： 1、可利用场景比较少。 2、对于复杂的文法比较难维护。 3、解释器模式会引起类膨胀。 4、解释器模式采用递归调用方法。

使用场景： 1、可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。 2、一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。 3、一个简单语法需要解释的场景。

注意事项： 可利用场景比较少，JAVA 中如果碰到可以用 expression4J 代替。

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本文作者：Java技术债务
原文链接：https://www.cuizb.top/myblog/article/1661695586
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Original: https://www.cnblogs.com/cuizb/p/16709523.html
Author: Java技术债务
Title: 23种设计模式之解释器模式（Interpreter）