23种设计模式之解释器模式

紫风

发布于 2025-10-14 15:19:17

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解释器模式 (Interpreter Pattern) 详细介绍

一、模式概述

英文名称：Interpreter
核心目标：定义一种语言的文法表示，并设计一个解释器来解释该语言中的句子，将语法规则映射为对象结构。
设计思想：通过递归组合表达式对象，构建语法树，实现对特定领域语言（DSL）的解析和执行。

二、优缺点

优点	缺点
1. 灵活扩展语法：新增语法规则只需添加表达式类。	1. 类数量膨胀：复杂语法导致大量类。
2. 易于实现简单语言：如数学表达式、规则引擎。	2. 效率较低：递归解析可能影响性能。
3. 可读性强：语法规则与代码结构一一对应。	3. 处理复杂文法困难：需结合其他解析技术（如ANTLR）。

三、应用场景

数学公式解析：如四则运算、布尔表达式。
查询语言处理：如自定义SQL条件过滤。
规则引擎：业务规则的条件解析（如风控规则）。
配置文件解析：自定义配置格式的读取。

四、代码实现与注释

1. 抽象表达式接口

/**
 * 抽象表达式接口：定义 interpret 解释方法
 */
public interface Expression {
    int interpret(Context context);
}

2. 终结符表达式（变量和常量）

/**
 * 终结符表达式：变量（如 a、b）
 */
public class Variable implements Expression {
    private final String name;

    public Variable(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int interpret(Context context) {
        return context.getValue(this.name);
    }
}

/**
 * 终结符表达式：数字常量（如 5、10）
 */
public class Number implements Expression {
    private final int value;

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

    @Override
    public int interpret(Context context) {
        return this.value;
    }
}

3. 非终结符表达式（运算符）

/**
 * 非终结符表达式：加法运算（如 a + b）
 */
public 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(Context context) {
        return left.interpret(context) + right.interpret(context);
    }
}

/**
 * 非终结符表达式：减法运算（如 a - b）
 */
public 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(Context context) {
        return left.interpret(context) - right.interpret(context);
    }
}

4. 上下文类（存储变量值）

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

/**
 * 上下文类：存储变量名与值的映射关系
 */
public class Context {
    private final Map<String, Integer> variables = new HashMap<>();

    // 设置变量值
    public void setVariable(String name, int value) {
        variables.put(name, value);
    }

    // 获取变量值
    public int getValue(String name) {
        Integer value = variables.get(name);
        if (value == null) throw new IllegalArgumentException("变量未定义: " + name);
        return value;
    }
}

5. 客户端调用（构建语法树）

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建上下文并设置变量值
        Context context = new Context();
        context.setVariable("a", 10);
        context.setVariable("b", 5);

        // 构建表达式：(a + (b - 2)) 
        Expression expression = new Add(
            new Variable("a"),
            new Subtract(new Variable("b"), new Number(2))
        );

        // 解释执行表达式
        int result = expression.interpret(context);
        System.out.println("计算结果: " + result); // 输出 13
    }
}

五、模式结构图

+----------------+          +----------------+
|   Expression   | <------+ |   Context      |
+----------------+          +----------------+
| +interpret()   |          | +getValue()    |
+----------------+          +----------------+
       ^                           
       |                           
+----------------+          
| TerminalExpression | 
+----------------+          
| +interpret()   |          
+----------------+          
       ^                           
       |                           
+----------------+          
| NonTerminalExpression | 
+----------------+          
| -left:Expression      |
| -right:Expression     |
| +interpret()   |          
+----------------+