九、解释器设计模式

1.介绍

解释器模式是类的行为模式，给定一个语言后，解释器模式可以定义出其文法的一种表示，并同时提供一个解释器。客户端可以使用这个解释器来解释这个语言中的句子。

解释器模式在实际运用上相对来说少很多，因为很少会自己去构造语言的文法。

2.解释器模式使用场景

重复发生的问题可以使用解释器模式。

一个简单语法需要解释的场景。

3. 解释器模式的UML类图

由于解释器模式很好使用，下面的术语解释直接复制网络（侵删）

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。

4.解释器模式简单实现

抽象的算术运算解释器 ArithmeticExpression

public abstract class ArithmeticExpression {

/**
* 抽象的解析方法
* 具体的解析逻辑由具体子类实现
* @return
*/
public abstract int interpret();
}

数字解释器

public class NumExpression extends ArithmeticExpression {
private int num;

public NumExpression(int num) {
this.num = num;
}

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

运算符号抽象解释器，为所有运算符号解释器共性的提取

public class OperationExpression extends ArithmeticExpression {
//声明两个成员变量存储运算符号两边的数字解释器
protected ArithmeticExpression exp1, exp2;

public OperationExpression(ArithmeticExpression exp1, ArithmeticExpression exp2) {
this.exp1 = exp1;
this.exp2 = exp2;
}

@Override
public int interpret() {
return 0;
}
}

加法运算抽象解释器

public class AdditionExpression extends OperationExpression {
public AdditionExpression(ArithmeticExpression exp1, ArithmeticExpression exp2) {
super(exp1, exp2);
}

@Override
public int interpret() {
return exp1.interpret() + exp2.interpret();
}
}

处理与解释相关的一些业务：

public class Calculator {
//声明一个Stack栈存储并操作所有相关的解释器
private Stack<ArithmeticExpression> expressions = new Stack<ArithmeticExpression>();

public Calculator(String expression) {
//声明两个ArithmeticExpressioin类型的临时变量，存储运算符左右两边的数字解释器
ArithmeticExpression exp1, exp2;

String[] elements = expression.split(" ");

for (int i = 0; i < elements.length; i++) {
switch (elements[i].charAt(0)) {
case '+':
//将栈中的解释器弹出作为运算符号左边的解释器
exp1 = expressions.pop();
//同时将运算符号数组角标下一个元素构成
exp2 = new NumExpression(Integer.valueOf(elements[++i]));
//通过上面两个数字解释器构造加法运算解释器
expressions.push(new AdditionExpression(exp1, exp2));
break;
default://如果为数字
/**
* 如果不是运算符则数字
* 则是数字，直接构造数字解释器并压入栈
*/
expressions.push(new NumExpression(Integer.valueOf(elements[i])));
break;
}
}
}

/**
* 计算
* @return
*/
public int calculate() {
return expressions.pop().interpret();
}
}

测试类：

public class Client {
public static void main(String[] args) {

Calculator calculator = new Calculator("100 + 30 + 5");
System.out.println(calculator.calculate());
}
}

这里简单说一下Calculator里面的流程，以为”100 + 30 +5”为例：

首先将其拆分为五个元素组成的字符串数组。

循环遍历数组，首先遍历到的是100，那么将其构造成一个NumExpression对象压入栈。

接着遍历到了加号运算符，此时将我们刚刚压入栈的100出栈，作为加号运算符左边的数字解释器。

接着，将当前加号运算符下一个角标构造成一个数字解释器，作为加号运算符右边的数字解释器。

将左右两个数字解释器作为参数传入AdditionExpression构造一个加法解释器，同时压入栈中。

重复步骤3的操作

重复步骤4的操作。

最后调用interpret()，结果相当于exp1.interpret() + exp2.interpret()+exp3.interpret()

5.解释器模式在Android源码中的实现

解释器模式在Android源码中并不常见，这里就不做具体分析了。

6. 总结：

优点：

灵活的扩展性，当我们想对文法规则进行扩展时，只需要增加相应的非终结符号解释器，并在构建抽象语法树时，使用到新增的解释器对象进行具体的解释即可，非常方便。

缺点：

过于复杂的语法，构建其抽象语法树会显得异常繁琐，甚至有可能出现需要构建多棵抽象语法树的情况，因此，对于复杂的文法并不推荐使用解释器模式。

对于每一条文法都可以对应至少一个解释器，其会生成大量的类，导致后期维护困难。