引子

解釋器模式應(yīng)該是一個(gè)很少會(huì)用到的模式，也不太好理解，用例子的方式來(lái)講解吧。

定義

解釋器模式是類的行為模式。給定一個(gè)語(yǔ)言之后，解釋器模式可以定義出其文法的一種表示，并同時(shí)提供一個(gè)解釋器。客戶端可以使用這個(gè)解釋器來(lái)解釋這個(gè)語(yǔ)言中的句子。

組成結(jié)構(gòu)

一個(gè)解釋器模式中包含的四種角色

• 抽象解釋器：聲明一個(gè)所有具體表達(dá)式都要實(shí)現(xiàn)的抽象接口（或者抽象類），接口中主要是一個(gè)interpret()方法，稱為解釋操作。具體解釋任務(wù)由它的各個(gè)實(shí)現(xiàn)類來(lái)完成，具體的解釋器分別由終結(jié)符解釋器和非終結(jié)符解釋器完成。
• 終結(jié)符表達(dá)式：實(shí)現(xiàn)與文法中的元素相關(guān)聯(lián)的解釋操作，通常一個(gè)解釋器模式中只有一個(gè)終結(jié)符表達(dá)式，但有多個(gè)實(shí)例，對(duì)應(yīng)不同的終結(jié)符。終結(jié)符一半是文法中的運(yùn)算單元，比如有一個(gè)簡(jiǎn)單的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是終結(jié)符，對(duì)應(yīng)的解析R1和R2的解釋器就是終結(jié)符表達(dá)式。
• 非終結(jié)符表達(dá)式：文法中的每條規(guī)則對(duì)應(yīng)于一個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式，非終結(jié)符表達(dá)式一般是文法中的運(yùn)算符或者其他關(guān)鍵字，比如公式R=R1+R2中，+就是非終結(jié)符，解析+的解釋器就是一個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式。非終結(jié)符表達(dá)式根據(jù)邏輯的復(fù)雜程度而增加，原則上每個(gè)文法規(guī)則都對(duì)應(yīng)一個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式。
• 環(huán)境角色：這個(gè)角色的任務(wù)一般是用來(lái)存放文法中各個(gè)終結(jié)符所對(duì)應(yīng)的具體值，比如R=R1+R2，我們給R1賦值100，給R2賦值200。這些信息需要存放到環(huán)境角色中，很多情況下我們使用Map來(lái)充當(dāng)環(huán)境角色就足夠了。

類圖

簡(jiǎn)單類圖如下所示

例子

我們需要一個(gè)能夠解釋加法和減法的解釋器，那么最好的方式就是用解釋器模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
先來(lái)看看抽象表達(dá)式

public abstract class Expression {
    /**
     * 以環(huán)境為準(zhǔn)，本方法解釋給定的任何一個(gè)表達(dá)式
     */
    public abstract int interpret(Context ctx);
    /**
     * 檢驗(yàn)兩個(gè)表達(dá)式在結(jié)構(gòu)上是否相同
     */
    public abstract boolean equals(Object obj);
    /**
     * 返回表達(dá)式的hash code
     */
    public abstract int hashCode();
    /**
     * 將表達(dá)式轉(zhuǎn)換成字符串
     */
    public abstract String toString();
}

因?yàn)樾枰忉尲臃ê蜏p法，因此實(shí)現(xiàn)類也有Plus和Minus兩個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式

public class Plus extends Expression {

    private Expression left,right;
    
    public Plus(Expression left , Expression right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(obj != null && obj instanceof Plus)
        {
            return left.equals(((Plus)obj).left) &&
                right.equals(((Plus)obj).right);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "(" + left.toString() + " + " + right.toString() + ")";
    }

}

public class Minus extends Expression {
    
    private Expression left, right;

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

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj != null && obj instanceof Minus) {
            return left.equals(((Minus) obj).left) && right.equals(((Minus) obj).right);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {

        return left.interpret(ctx) - right.interpret(ctx);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "(" + left.toString() + " - " + right.toString() + ")";
    }
}

除此之外我們還需要變量與常量?jī)蓚€(gè)終結(jié)符表達(dá)式

public class Constant extends Expression{
    
    private int value;

    public Constant(int value){
        this.value = value;
    }
    
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        
        if(obj != null && obj instanceof Constant){
            return this.value == ((Constant)obj).value;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {
        
        return value;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return new Integer(value).toString();
    }
    
}

public class Variable extends Expression {

    private String name;

    public Variable(String name){
        this.name = name;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        
        if(obj != null && obj instanceof Variable)
        {
            return this.name.equals(
                    ((Variable)obj).name);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name;
    }

    @Override
    public int interpret(Context ctx) {
        return ctx.lookup(this);
    }

}

環(huán)境角色基本可以存放文法中各個(gè)終結(jié)符所對(duì)應(yīng)的具體值，下面的類就是用一個(gè)map來(lái)負(fù)責(zé)

public class Context {

    private Map<Variable,Integer> map = new HashMap<Variable,Integer>();
    
    public void assign(Variable var , int value){
        map.put(var, new Integer(value));
    }
    
    public int lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException{
        Integer value = map.get(var);
        if(value == null){
            throw new IllegalArgumentException();
        }
        return value.intValue();
    }
}

Client客戶端的代碼

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Context ctx = new Context();
        Variable x = new Variable("x");
        Variable y = new Variable("y");
        Constant c = new Constant(1);
        ctx.assign(x, 2);
        ctx.assign(y, 3);
        
        Expression exp = new Plus(new Plus(c,x) , new Minus(y,x));
        System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx));
    }

}

輸出結(jié)果如下

((1 + x) + (y - x))=4

優(yōu)缺點(diǎn)

解釋器是一個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)法分析工具，它最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是擴(kuò)展性，修改語(yǔ)法規(guī)則只需要修改相應(yīng)的非終結(jié)符就可以了，若擴(kuò)展語(yǔ)法，只需要增加非終結(jié)符類就可以了。比如我們現(xiàn)在需要修改Plus的含義，那么只需要修改Plus類即可，如果要增加乘法操作，那么也只需要增加一個(gè)Multiple類就行。
但是，解釋器模式會(huì)引起類的膨脹，每個(gè)語(yǔ)法都需要產(chǎn)生一個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式，語(yǔ)法規(guī)則比較復(fù)雜時(shí)，就可能產(chǎn)生大量的類文件，為維護(hù)帶來(lái)非常多的麻煩。同時(shí)，從例子我們也可以看到，整個(gè)表達(dá)式的運(yùn)算過(guò)程采用了遞歸調(diào)用方法，每個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式只關(guān)心與自己相關(guān)的表達(dá)式，每個(gè)表達(dá)式需要知道最終的結(jié)果，必須通過(guò)遞歸方式，無(wú)論是面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言還是面向過(guò)程的語(yǔ)言，遞歸都是一個(gè)不推薦的方式。由于使用了大量的循環(huán)和遞歸，效率是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。特別是用于解釋一個(gè)解析復(fù)雜、冗長(zhǎng)的語(yǔ)法時(shí)，效率是難以忍受的。

使用場(chǎng)景

一些重復(fù)發(fā)生的事情包含固定的一系列操作類型，比較適合用解釋器模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如加減乘除四則運(yùn)算，但是公式每次都不同，比如可配置，有時(shí)是a + b - c x d，有時(shí)是a x b + c - d，等等等等個(gè)，公式千變?nèi)f化，但是都是由加減乘除四個(gè)非終結(jié)符來(lái)連接的，這時(shí)我們就可以使用解釋器模式。