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Java设计模式之解释器模式

news 来源：原创 2025/5/21 6:29:37

概念

解释器模式是一种行为型设计模式，用于定义一种语言的语法规则，并提供解释器来解释该语言中的表达式。

作用

其核心作用是将复杂的语法分解为简单的语法单元，通过递归组合的方式构建抽象语法树（AST），最终由解释器逐层解释执行。

场景

1.需要解释特定领域的语言：如数学公式、正则表达式、SQL查询等。

2.语法相对简单且稳定：若语法频繁变化或过于复杂，建议使用解析器生成工具（如ANTLR）。

3.需要灵活扩展语法规则：通过新增解释器类即可支持新语法。

示例

以关系表达式计算为例——假设需要计算形如 A + B > C 的表达式，其中字母对应数值为所在字母表的位置（如 A=1，B=2）。以下是解释器模式的实现：

1.定义上下文类（保存变量值）

class Context {
    private Map<String, Integer> variables = new HashMap<>();

    public void setValue(String variable, int value) {
        variables.put(variable, value);
    }

    public int getValue(String variable) {
        return variables.get(variable);
    }
}

2. 定义数值表达式接口与实现

interface NumericExpression {
    int evaluate(Context context);
}

// 变量表达式（终结符）
class Variable implements NumericExpression {
    private String name;
    public Variable(String name) { this.name = name; }

    @Override
    public int evaluate(Context context) {
        return context.getValue(name);
    }
}

// 加法表达式（非终结符）
class Add implements NumericExpression {
    private NumericExpression left, right;
    public Add(NumericExpression l, NumericExpression r) {
        this.left = l;
        this.right = r;
    }

    @Override
    public int evaluate(Context context) {
        return left.evaluate(context) + right.evaluate(context);
    }
}

3. 定义布尔表达式接口与比较操作

// 布尔表达式接口
interface BooleanExpression {
    boolean evaluate(Context context);
}

// 大于比较
class GreaterThan implements BooleanExpression {
    private NumericExpression left, right;
    public GreaterThan(NumericExpression l, NumericExpression r) {
        this.left = l;
        this.right = r;
    }

    @Override
    public boolean evaluate(Context context) {
        return left.evaluate(context) > right.evaluate(context);
    }
}

// 等于比较
class Equal implements BooleanExpression {
    private NumericExpression left, right;
    public Equal(NumericExpression l, NumericExpression r) {
        this.left = l;
        this.right = r;
    }

    @Override
    public boolean evaluate(Context context) {
        return left.evaluate(context) == right.evaluate(context);
    }
}

4.测试类

public class InterpreterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context();
        context.setValue("A", 1);
        context.setValue("B", 2);
        context.setValue("C", 3);
        context.setValue("D", 4);

        // 表达式：A + B = C → 1 + 2 = 3
        BooleanExpression expr1 = new Equal(
            new Add(new Variable("A"), new Variable("B")),
            new Variable("C")
        );
        System.out.println(expr1.evaluate(context)); // true

        // 表达式：B < C → 2 < 3
        BooleanExpression expr2 = new GreaterThan(
            new Variable("C"), new Variable("B")
        );
        System.out.println(expr2.evaluate(context)); // true

        // 表达式：A + B > D → 3 > 4
        BooleanExpression expr3 = new GreaterThan(
            new Add(new Variable("A"), new Variable("B")),
            new Variable("D")
        );
        System.out.println(expr3.evaluate(context)); // false
    }
}

优缺点

优点	缺点
易于扩展语法规则，新增表达式只需添加类。	类数量膨胀，复杂语法会导致难以维护。
将语法解析与具体操作分离，符合单一职责原则。	效率较低，递归解释过程可能影响性能。

不使用解释器模式的实现方式

若无需灵活扩展语法，可通过硬编码解析表达式字符串实现：

class SimpleEvaluator {
    public static boolean evaluate(String expr, Context context) {
        // 解析表达式（示例仅支持单一比较符）
        String[] parts = expr.split(">|<|==");
        if (parts.length != 2) throw new IllegalArgumentException();

        int leftVal = parseArithmetic(parts[0].trim(), context);
        int rightVal = parseArithmetic(parts[1].trim(), context);

        if (expr.contains(">")) return leftVal > rightVal;
        else if (expr.contains("<")) return leftVal < rightVal;
        else if (expr.contains("==")) return leftVal == rightVal;
        else throw new IllegalArgumentException();
    }

    private static int parseArithmetic(String expr, Context context) {
        if (expr.contains("+")) {
            String[] vars = expr.split("\\+");
            return context.getValue(vars[0].trim()) + context.getValue(vars[1].trim());
        }
        return context.getValue(expr.trim());
    }
}

// 使用示例
boolean result = SimpleEvaluator.evaluate("A + B == C", context);