设计模式笔记 – 解释器模式

解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

介绍

• 意图： 给定一个语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该标识来解释语言中的句子。
• 主要解决： 对于一些固定文法构建一个解释句子的解释器。
• 何时使用： 如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。
• 如何解决： 构建语法树，定义终结符与非终结符。
• 关键代码： 构建环境类，包含解释器之外的一些全局信息，一般是 HashMap。
• 优点： 1、可扩展性比较好，灵活。 2、增加了新的解释表达式的方式。 3、易于实现简单文法。
• 缺点： 1、可利用场景比较少。 2、对于复杂的文法比较难维护。 3、解释器模式会引起类膨胀。 4、解释器模式采用递归调用方法。
• 应用实例： 编译器、运算表达式计算。
• 使用场景： 1、可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。 2、一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。 3、一个简单语法需要解释的场景。
• 注意事项： 可利用场景比较少，JAVA 中如果碰到可以用 expression4J 代替。

示例

我们将创建一个接口 Expression 和实现了 Expression 接口的实体类。定义作为上下文中主要解释器的 TerminalExpression 类。其他的类 OrExpression、AndExpression 用于创建组合式表达式。

InterpreterPatternDemo，我们的演示类使用 Expression 类创建规则和演示表达式的解析。

Java 实现

创建一个表达式接口

public interface Expression {
    public boolean interpret(String context);
}

创建实现了上述接口的实体类

public class TerminalExpression implements Expression {
    private String data;
    public TerminalExpression(String data) {
        this.data = data;
    }
    @Override
    public boolean interpret(String context) {
        if (context.contains(data)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

public class OrExpression implements Expression {
    private Expression expr1 = null;
    private Expression expr2 = null;
    public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
        this.expr1 = expr1;
        this.expr2 = expr2;
    }
    @Override
    public boolean interpret(String context) {
        return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
    }
}

public class AndExpression implements Expression {
    private Expression expr1 = null;
    private Expression expr2 = null;
    public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) {
        this.expr1 = expr1;
        this.expr2 = expr2;
    }
    @Override
    public boolean interpret(String context) {
        return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context);
    }
}

InterpreterPatternDemo 使用 Expression 类来创建规则，并解析它们

public class InterpreterPatternDemo {
    public static Expression getMaleExpression(){
        Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
        Expression john = new TerminalExpression("John");
        return new OrExpression(robert, john);    
    }
    public static Expression getMarriedWomanExpression(){
        Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
        Expression married = new TerminalExpression("Married");
        return new AndExpression(julie, married);    
    }

    public static void main(String[] args) {
        Expression isMale = getMaleExpression();
        Expression isMarriedWoman = getMarriedWomanExpression();

        System.out.println("John is male? " + isMale.interpret("John"));
        System.out.println("Julie is a married women? " 
            + isMarriedWoman.interpret("Married Julie"));
    }
}

Python 实现

import abc

class Expression(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def interpret(self, context: str) -> bool: ...

class TerminalExpression(Expression):
    def __init__(self, data: str):
        self.data = data

    def interpret(self, context):
        return self.data in context

class OrExpression(Expression):
    def __init__(self, expr1: Expression, expr2: Expression):
        self.expr1 = expr1
        self.expr2 = expr2

    def interpret(self, context):
        return self.expr1.interpret(context) or self.expr2.interpret(context)

class AndExpression(Expression):
    def __init__(self, expr1: Expression, expr2: Expression):
        self.expr1 = expr1
        self.expr2 = expr2

    def interpret(self, context):
        return self.expr1.interpret(context) and self.expr2.interpret(context)

if __name__ == "__main__":
    def get_male_expression() -> Expression:
        robert = TerminalExpression("Robert")
        john = TerminalExpression("John")
        return OrExpression(robert, john)

    def get_married_woman_expression() -> Expression:
        julie = TerminalExpression("Julie")
        married = TerminalExpression("Married")
        return AndExpression(julie, married)

    is_male = get_male_expression()
    is_married_woman = get_married_woman_expression()
    print(f"John is male? {is_male.interpret('John')}")
    print(f"Julie is a married women? {is_married_woman.interpret('Married Julie')}")