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Interpreter 解释器模式

article 2024/11/6 22:19:38

1 意图

给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示》解释语言中的句子。

2 结构

在这里插入图片描述

AbstactExpression 声明一个程序的解释操作，这个接口为抽象语法树中所有的结点所共享。
TemminalExpression 实现与文法中的终结符相关联的解释操作;一个句子中的每个终结符需要该类的一个实例。
NonterminalExpression 对文法中的每一条规则都需要一个 NonterminalExpression 类;为每个符号都维护一个 AbstactExpression 类型的实例变量;为文法中的非终结符实现解释**(Interpret**)操作。
Context 包含解释器之外的一些全局信息。
Client 构建(或被给定)表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树，该抽象语法树由 NonterminalExpression 和 TerminalExpression 的实例装配而成;调用解释操作。

3 适用性

Intenpreter模式适用于当有一个语言需要解释执行,并且可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，以下情况效果最好:

该文法简单。对于复杂的发文，文法的类层次变得庞大而无法管理。此时语法分析程序生成器这样的工具是更好的选择。它们无须构建抽象语法树即可解释表达式，这样可以节省空间还可能节省时间。
效率不是一个关键问题。最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的，而是首先将它们转换成另一种形式。不过，即使在这种情况下，转换器仍然可用该模式实现。

4 实例

1 数学表达式求值器

解释器模式是一种行为设计模式，它为解析特定的计算机语言或符号表达式定义了一个表示该语言文法的类结构。使用解释器模式可以方便地将一个语言翻译成机器可读的形式，并执行这个语言中的句子。这种模式适合于简单的语言解析任务，但对于复杂的语言来说可能不够高效。

为了更好地理解解释器模式，我们可以通过一个贴近现实的应用场景来说明：构建一个简单的数学表达式求值器。在这个例子中，我们将创建一个能够解析并计算如 5 + 3 - 2 这样的简单算术表达式的程序。

定义接口

首先，我们需要定义一个接口（或抽象类），用于声明所有具体解释器的公共方法：

public interface Expression {
    int interpret();
}

实现具体解释器

接下来，实现几个具体解释器类来处理加法、减法以及数字：

NumberExpression 用于处理具体的数字值。
AddExpression 和 SubtractExpression 分别用于处理加法和减法操作。

public class NumberExpression implements Expression {
    private final int number;

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

    @Override
    public int interpret() {
        return number;
    }
}

public class AddExpression implements Expression {
    private final Expression left, right;

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

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() + right.interpret();
    }
}

public class SubtractExpression implements Expression {
    private final Expression left, right;

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

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() - right.interpret();
    }
}

构建表达式

现在我们可以使用这些类来构建更复杂的表达式。例如，要计算 5 + 3 - 2：

public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建表达式树
        Expression expression = new SubtractExpression(
            new AddExpression(new NumberExpression(5), new NumberExpression(3)),
            new NumberExpression(2)
        );

        // 解释并计算结果
        int result = expression.interpret();

        System.out.println("Result: " + result);  // 输出: Result: 6
    }
}