设计模式系列-第二十四章（行为型-解释器模式）

悠悠 2022-11-19 04:19 125阅读 0赞

# 一、解释器模式 #

解释器模式为某个语言定义它的语法（或者叫文法）表示，并定义一个解释器用来处理这个语法。 它用来描述如何构建一个简单的“语言”解释器。解释器模式很小众，只在一些特定的领域会被用到，比如编译器、规则引擎、正则表达式。

# 二、解释器模式的实现 #

假设我们定义了一个新的加减乘除计算“语言”，语法规则如下：

*  运算符只包含加、减、乘、除，并且没有优先级的概念；
 *  表达式（也就是前面提到的“句子”）中，先书写数字，后书写运算符，空格隔开；
 *  按照先后顺序，取出两个数字和一个运算符计算结果，结果重新放入数字的最头部位置，循环上述过程，直到只剩下一个数字，这个数字就是表达式最终的计算结果。

比如“ 8 3 2 4 - + \* ”这样一个表达式，我们按照上面的语法规则来处理，取出数字“8 3”和“-”运算符，计算得到 5，于是表达式就变成了“ 5 2 4 + \* ”。然后，我们再取出“ 5 2 ”和“ + ”运算符，计算得到 7，表达式就变成了“ 7 4 \* ”。最后，我们取出“ 7 4”和“ \* ”运算符，最终得到的结果就是 28。

## 2.1 普通的实现 ##

用户按照上面的规则书写表达式，传递给 interpret() 函数，就可以得到最终的计算结果。

public class ExpressionInterpreter {
      private Deque<Long> numbers = new LinkedList<>();
    
      public long interpret(String expression) {
        String[] elements = expression.split(" ");
        int length = elements.length;
        for (int i = 0; i < (length+1)/2; ++i) {
          numbers.addLast(Long.parseLong(elements[i]));
        }
    
        for (int i = (length+1)/2; i < length; ++i) {
          String operator = elements[i];
          boolean isValid = "+".equals(operator) || "-".equals(operator)
                  || "*".equals(operator) || "/".equals(operator);
          if (!isValid) {
            throw new RuntimeException("Expression is invalid: " + expression);
          }
    
          long number1 = numbers.pollFirst();
          long number2 = numbers.pollFirst();
          long result = 0;
          if (operator.equals("+")) {
            result = number1 + number2;
          } else if (operator.equals("-")) {
            result = number1 - number2;
          } else if (operator.equals("*")) {
            result = number1 * number2;
          } else if (operator.equals("/")) {
            result = number1 / number2;
          }
          numbers.addFirst(result);
        }
    
        if (numbers.size() != 1) {
          throw new RuntimeException("Expression is invalid: " + expression);
        }
    
        return numbers.pop();
      }
    }

## 2.2 解释器模式的实现 ##

在上面2.1的代码实现中，语法规则的解析逻辑（第 23、25、27、29 行）都集中在一个函数中，对于简单的语法规则的解析，这样的设计就足够了。但是，对于复杂的语法规则的解析，逻辑复杂，代码量多，所有的解析逻辑都耦合在一个函数中，这样显然是不合适的。这个时候，我们就要考虑拆分代码，将解析逻辑拆分到独立的小类中。该怎么拆分呢？我们可以借助解释器模式。

解释器模式的代码实现比较灵活，没有固定的模板。我们前面也说过，应用设计模式主要是应对代码的复杂性，实际上，解释器模式也不例外。它的代码实现的核心思想，就是将语法解析的工作拆分到各个小类中，以此来避免大而全的解析类。一般的做法是，将语法规则拆分成一些小的独立的单元，然后对每个单元进行解析，最终合并为对整个语法规则的解析。前面定义的语法规则有两类表达式，一类是数字，一类是运算符，运算符又包括加减乘除。

利用解释器模式，我们把解析的工作拆分到 NumberExpression、AdditionExpression、SubstractionExpression、MultiplicationExpression、DivisionExpression 这样五个解析类中。按照这个思路，我们对代码进行重构，重构之后的代码如下所示。当然，因为加减乘除表达式的解析比较简单，利用解释器模式的设计思路，看起来有点过度设计。不过呢，这里我主要是为了解释原理，你明白意思就好，不用过度细究这个例子。

public interface Expression {
      long interpret();
    }
    
    public class NumberExpression implements Expression {
      private long number;
    
      public NumberExpression(long number) {
        this.number = number;
      }
    
      public NumberExpression(String number) {
        this.number = Long.parseLong(number);
      }
    
      @Override
      public long interpret() {
        return this.number;
      }
    }
    
    public class AdditionExpression implements Expression {
      private Expression exp1;
      private Expression exp2;
    
      public AdditionExpression(Expression exp1, Expression exp2) {
        this.exp1 = exp1;
        this.exp2 = exp2;
      }
    
      @Override
      public long interpret() {
        return exp1.interpret() + exp2.interpret();
      }
    }
    // SubstractionExpression/MultiplicationExpression/DivisionExpression与AdditionExpression代码结构类似，这里就省略了
    
    public class ExpressionInterpreter {
      private Deque<Expression> numbers = new LinkedList<>();
    
      public long interpret(String expression) {
        String[] elements = expression.split(" ");
        int length = elements.length;
        for (int i = 0; i < (length+1)/2; ++i) {
          numbers.addLast(new NumberExpression(elements[i]));
        }
    
        for (int i = (length+1)/2; i < length; ++i) {
          String operator = elements[i];
          boolean isValid = "+".equals(operator) || "-".equals(operator)
                  || "*".equals(operator) || "/".equals(operator);
          if (!isValid) {
            throw new RuntimeException("Expression is invalid: " + expression);
          }
    
          Expression exp1 = numbers.pollFirst();
          Expression exp2 = numbers.pollFirst();
          Expression combinedExp = null;
          if (operator.equals("+")) {
            combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
          } else if (operator.equals("-")) {
            combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
          } else if (operator.equals("*")) {
            combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
          } else if (operator.equals("/")) {
            combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
          }
          long result = combinedExp.interpret();
          numbers.addFirst(new NumberExpression(result));
        }
    
        if (numbers.size() != 1) {
          throw new RuntimeException("Expression is invalid: " + expression);
        }
    
        return numbers.pop().interpret();
      }
    }