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设计模式 15 解释器模式

article 2024/9/22 14:38:51

设计模式 15

创建型模式（5）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
结构型模式（7）：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式
行为型模式（11）：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式

文章目录

设计模式 15
- 解释器模式（Interpreter Pattern）
- - 1 定义
  - 2 结构
  - 3 示例代码
  - 5 特点
  - 6 适用场景
  - 7 总结

解释器模式（Interpreter Pattern）

1 定义

解释器模式通过定义一种语言的语法规则，使用这些规则解析和执行语言中的语句。这种模式通常用于那些具有简单语法和小型命令集的领域特定语言（DSL）中。

2 结构

解释器模式包含以下角色：

抽象表达式（AbstractExpression）: 声明解释操作，接口或抽象类。
终结符表达式（TerminalExpression）: 实现与语法规则相关的操作，处理语法中的终结符。
非终结符表达式（NonTerminalExpression）: 表示语法规则中的非终结符，通常包含一个或多个表达式。
上下文（Context）: 包含解释器需要的全局信息。
客户端（Client）: 构建或解释语法规则，并使用解释器来解释语句。

UML 类图

+---------------------------------------+
|  AbstractExpression                   |  <----- 抽象表达式
+---------------------------------------+
| + Interpret(context: Context): void   |
+---------------------------------------+
        ^
        |
+---------------------------------------+    +---------------------------------------+
| TerminalExpression                    |    | NonTerminalExpression                 |
+---------------------------------------+    +---------------------------------------+
| + Interpret(context: Context): void   |    | + Interpret(context: Context): void   |
+---------------------------------------+    +---------------------------------------+

+-------------------+
|     Context       |  <----- 上下文
+-------------------+
| + GetInfo(): ...  |
+-------------------+

3 示例代码

假设我们要实现一个简单的数学表达式解释器，可以解析和计算简单的加法和减法运算表达式。

抽象表达式

// 抽象表达式
public interface IExpression
{
    int Interpret();
}

终结符表达式

// 终结符表达式：数字
public class NumberExpression : IExpression
{
    private readonly int _number;

    public NumberExpression(int number)
    {
        _number = number;
    }

    public int Interpret()
    {
        return _number;
    }
}

非终结符表达式

// 非终结符表达式：加法
public class AddExpression : IExpression
{
    private readonly IExpression _leftExpression;
    private readonly IExpression _rightExpression;

    public AddExpression(IExpression leftExpression, IExpression rightExpression)
    {
        _leftExpression = leftExpression;
        _rightExpression = rightExpression;
    }

    public int Interpret()
    {
        return _leftExpression.Interpret() + _rightExpression.Interpret();
    }
}

// 非终结符表达式：减法
public class SubtractExpression : IExpression
{
    private readonly IExpression _leftExpression;
    private readonly IExpression _rightExpression;

    public SubtractExpression(IExpression leftExpression, IExpression rightExpression)
    {
        _leftExpression = leftExpression;
        _rightExpression = rightExpression;
    }

    public int Interpret()
    {
        return _leftExpression.Interpret() - _rightExpression.Interpret();
    }
}

客户端代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 构造表达式：10 + 5 - 2
        IExpression expression = new SubtractExpression(
            new AddExpression(new NumberExpression(10), new NumberExpression(5)),
            new NumberExpression(2)
        );

        // 解释并计算结果
        int result = expression.Interpret();
        Console.WriteLine($"Result: {result}");
    }
}

运行结果

Result: 13

在这个例子中，表达式 10 + 5 - 2 被构造为一个解释器树，并通过调用 Interpret 方法递归地计算出结果。NumberExpression 是终结符表达式，用于表示具体的数字值，AddExpression 和 SubtractExpression 是非终结符表达式，用于表示加法和减法操作。

5 特点

优点:
- 灵活性高: 解释器模式使得设计自定义语言变得更加容易，通过组合不同的表达式类可以实现复杂的语法解析。
- 可扩展性好: 新的语法规则可以通过添加新的表达式类来实现，而不需要修改现有的系统。
缺点:
- 性能问题: 解释器模式适用于语法规则相对简单的场景。对于复杂的语法解析，由于要递归解析表达式树，可能会导致性能问题。
- 类的数量增加: 每个语法规则都需要一个类来实现，可能导致类的数量急剧增加，增加了系统的复杂性。