【文末送考研书籍】JAVA设计模式23：解释者模式，实现解释器对象表达式的拆解

左手的ㄟ右手 2024-02-19 11:32 10阅读 0赞

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> **作者简介**：3年JAVA全栈开发经验，专注JAVA技术、系统定制、远程指导，致力于企业数字化转型，CSDN博客专家，阿里云社区专家博主，蓝桥云课讲师。

#### 目录 ####

*  一、什么是解释者模式
 *  二、解释者模式实例
 *  三、解释者模式的应用场景
 *  四、解释者模式面试题
 *  五、文末送书

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## 一、什么是解释者模式 ##

**解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种语言的文法规则，并使用该规则来解释和执行特定的语言表达式。**

在解释器模式中，通常有以下  4 4 4 个角色，请同学认真学习。

1.  **抽象表达式**（Abstract Expression）：定义了一个抽象的解释方法（interpret），所有具体表达式都要实现这个方法。
2.  **终结符表达式**（Terminal Expression）：表示语言中的终结符，即不再进行解释的最小单位。终结符表达式只会产生具体的结果，而不会再进行下一步的解释。
3.  **非终结符表达式**（Non-terminal Expression）：表示语言中的非终结符，即需要进行进一步解释的语法元素。非终结符表达式会递归地调用其他表达式进行解释。
4.  **环境**（Context）：保存解释器所需的上下文信息，比如变量的值、已解释的结果等。

解释器模式的核心思想是**将一个复杂的语言表达式拆解成一系列的解释器对象，然后按照语法规则逐个解释并执行**。这种模式适用于需要解释和执行特定语言的场景，例如正则表达式解析、编译器、查询语言等。

使用解释器模式可以**灵活地扩展语言的语法规则，并且可以将解释器组合成复杂的解释器结构**。但是，解释器模式可能会产生大量的对象，因此在性能要求较高的场景下需要注意对象的创建和销毁。

![在这里插入图片描述][271a22c6496a49fbb90f7d6a27e344e5.png_pic_center]

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## 二、解释者模式实例 ##

下面是一个使用解释器模式的简单示例，假设我们有一个简单的数学表达式语言，可以进行加法和乘法运算。我们要实现一个解释器，可以解析并计算这些表达式。

> 首先，我们定义抽象表达式接口 `Expression`，其中包含一个 `interpret()` 方法，代码如下。

public interface Expression {
        
        int interpret();
    }

> 然后，我们实现终结符表达式 `TerminalExpression`，用于解析数字，代码如下。

public class TerminalExpression implements Expression {
        
        private int number;
        
        public TerminalExpression(int number) {
        
            this.number = number;
        }
        
        public int interpret() {
        
            return number;
        }
    }

> 接下来，我们实现非终结符表达式 `NonTerminalExpression`，用于解析加法和乘法运算，代码如下。

public class AddExpression implements Expression {
        
        private Expression left;
        private Expression right;
        
        public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        
            this.left = left;
            this.right = right;
        }
        
        public int interpret() {
        
            return left.interpret() + right.interpret();
        }
    }
    
    public class MultiplyExpression implements Expression {
        
        private Expression left;
        private Expression right;
        
        public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {
        
            this.left = left;
            this.right = right;
        }
        
        public int interpret() {
        
            return left.interpret() * right.interpret();
        }
    }

> 最后，我们可以使用这些表达式来解析并计算数学表达式，代码如下。

public class InterpreterDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Expression expression = new MultiplyExpression(
                new AddExpression(new TerminalExpression(3), new TerminalExpression(4)),
                new TerminalExpression(2)
            );
            
            int result = expression.interpret();
            System.out.println("Result: " + result);
        }
    }

在上面的示例中，我们将表达式 `3 + 4 * 2` 解析成一个表达式树，并计算出结果为 `11`。

这是一个简单的解释器模式的例子，通过定义抽象表达式和具体表达式，我们可以解析和执行复杂的语言表达式。

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## 三、解释者模式的应用场景 ##

解释器模式在以下  5 5 5 个场景中有可能被应用，请同学们认真学习。

1.  **编程语言解释器**：解释器模式广泛应用于编程语言的解释器中，例如解析并执行脚本语言、解析并执行 SQL 查询等。
2.  **表达式解析器**：解释器模式可以用于构建表达式解析器，例如数学表达式、逻辑表达式等。通过解释器模式，可以将表达式拆解成一系列的解释器对象，然后按照语法规则逐个解释并执行。
3.  **配置文件解析**：解释器模式可以用于解析和执行配置文件，例如XML解析、JSON解析等。通过定义相应的解释器，可以解析配置文件中的各种属性和规则，并执行相应的操作。
4.  **查询语言解析**：解释器模式可以用于解析查询语言，例如数据库查询语言（如SQL）、搜索引擎查询语言（如Lucene Query）等。通过解释器模式，可以将查询语言拆解成一系列的解释器对象，并执行相应的查询操作。
5.  **模板语言解析**：解释器模式可以用于解析和执行模板语言，例如网页模板、邮件模板等。通过解释器模式，可以将模板语言拆解成一系列的解释器对象，并根据相应的数据进行解释和执行。

> 解释器模式适用于比较简单的语法规则和解析逻辑。如果语法非常复杂或解析逻辑非常庞大，可能会导致解释器对象过多、性能下降等问题。因此，在实际应用中需要根据具体情况仔细评估是否适合使用解释器模式。

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## 四、解释者模式面试题 ##

**一、请解释一下解释器模式的定义和作用。**

解释器模式是一种行为型设计模式，它定义了一个特定语言的文法规则，并使用该规则来解释和执行特定语言表达式。它通过将一个复杂的语言表达式拆解成一系列的解释器对象，然后按照语法规则逐个解释并执行。其作用是在需要解释和执行特定语言的场景中，提供一种灵活的方式来扩展语言的语法规则，并将解释器组合成复杂的解释器结构。

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**二、解释器模式中有哪些角色？**

在解释器模式中，通常包含以下角色：

*  **抽象表达式**（Abstract Expression）：定义了一个抽象的解释方法（interpret），所有具体表达式都需要实现这个方法。
 *  **终结符表达式**（Terminal Expression）：表示语言中的终结符，即不再进行解释的最小单位。终结符表达式只会产生具体的结果，不再进行下一步的解释。
 *  **非终结符表达式**（Non-terminal Expression）：表示语言中的非终结符，即需要进行进一步解释的语法元素。非终结符表达式会递归地调用其他表达式进行解释。
 *  **环境**（Context）：保存解释器所需的上下文信息，如变量的值、已解释的结果等。

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**三、解释器模式和编译器有什么区别？**

解释器模式和编译器都是用于处理语言的解析和执行，但它们有一些区别：

*  解释器模式是在运行时逐个解释和执行语言表达式，而编译器是在编译阶段将整个程序翻译成机器代码。
 *  解释器模式适用于动态语言，可以根据不同的输入解释和执行不同的语法规则，而编译器适用于静态语言，只需要编译一次就可以执行多次。
 *  解释器模式的执行速度较慢，因为需要逐个解释表达式，而编译器的执行速度较快，因为已经将程序转换为机器代码。

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**四、解释器模式的优缺点是什么？**

解释器模式的优点包括：

*  灵活性：可以灵活地扩展语言的语法规则，增加新的解释器来处理新的语法元素。
 *  可组合性：可以将解释器组合成复杂的解释器结构，实现更复杂的语法解析。
 *  易于改变和扩展：增加新的解释器和语法规则比较容易，不需要修改已有的解释器。
 *  易于理解和维护：解释器模式将语法规则拆解成小的解释器对象，使得代码结构清晰，易于理解和维护。

解释器模式的缺点包括：

*  可扩展性受限：随着语法规则的增多，解释器的数量也会增多，可能导致类的膨胀。
 *  性能问题：解释器模式可能会产生大量的对象，对象的创建和销毁可能会影响性能。

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**五、请举一个实际应用解释器模式的例子。**

一个实际应用解释器模式的例子是数据库查询语言（如SQL）的解析和执行。在数据库系统中，用户通过SQL语句进行数据查询、插入、更新等操作。解释器模式可用于解析用户输入的SQL语句，并根据语法规则逐个解释并执行相应的操作。通过定义相应的解释器对象，可以解析和执行复杂的SQL查询，如嵌套查询、多表查询等。这样，就可以将SQL语句拆解成一系列的解释器对象，根据语法规则逐步解释和执行。这样的设计使得数据库系统能够支持灵活的查询方式，并且可以方便地扩展新的SQL语法规则。

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## 五、文末送书 ##

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最后，再次预祝各位考研人，能够成功上岸！

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