設計模式--直譯器模式Interpreter（行為型）

1 定義：

1.1 定義：Given a language, define a representation for its grammar along with an interpreter that uses the representation to interpret sentences in the language.(給定一門語言，定義它的方法的一種表示，並定義一個直譯器，該直譯器使用表示來解釋語言中的句子。)

1.2 通用類圖：

角色說明：

AbstractExpression——抽象直譯器

具體的解釋任務由各個子類完成，然而首先通過它，來向下遞迴解析。

TerminalExpression——終結符表示式

實現與文法中的元素相關聯的解釋操作，通常一個直譯器模式中只有一個終結符表示式（類），但有多個例項，對應不同的終結符。

NonterminalExpression——非終結符表示式

文法中的每條規則對應於一個非終結符表示式（類）（例如：加減法規則分別對應到AddExpression, SubExpression兩個類）。非終結符表示式根據邏輯的複雜程度而增加，原則上每個文法規則都對應一個非終結符表示式。

Context——環境角色

直譯器之外的一些全域性資訊（多為：終結符與值的對映表）。

Client——客戶角色

構建表示該方法定義的語言中的一個特定的句子的抽象語法樹，並呼叫解釋操作

執行流程：將一個待解析的輸入語句構建成一個抽象語法樹（該語法樹此時由直譯器中定義的表示式構成），然後將該語法樹（表示式）交給表示式物件去解釋（當然是遞迴的）。

1.3 通用程式碼：

public abstract class Expression {
	// 每個表示式必須有一個解析任務
	public abstract Object interpreter(Context ctx);
}

public class TerminalExpression extends Expression {
	// 通常終結符表示式只有一個，但是有多個物件
	public Object interpreter(Context ctx) {
		return null;
	}
}

public class NonterminalExpression extends Expression {
	// 每個非終結符表示式都會對其他表示式產生依賴
	public NonterminalExpression(Expression... expression) {
	}

	public Object interpreter(Context ctx) {
		// 進行文法處理
		return null;
	}
}

public class Context {
}

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		Context ctx = new Context();
		// 通常定一個語法容器，容納一個具體的表示式，通常為ListArray,LinkedList,Stack等型別
		Stack<Expression> stack = null;
		/*
		 * for(;;){ //進行語法判斷，併產生遞迴呼叫 }
		 */
		// 產生一個完整的語法樹，由各各個具體的語法分析進行解析
		Expression exp = stack.pop();
		// 具體元素進入場景
		exp.interpreter(ctx);
	}
}

2 優點

直譯器是一個簡單語法分析工具，它最顯著的特點就是擴充套件性，修改語法規則只要修改相應的非終結符表示式就可以了，若擴充套件語法，則只要增加非終結符類就可以了。

3 缺點

3.1 類膨脹：每個語法都要產生一個非終結符表示式，語法規則比較複雜時，就可能產生大量的類檔案，為維護帶來了非常多的麻煩；

3.2 不便於除錯：因為採用遞迴呼叫，若要排查錯誤，則非常複雜；

3.3 效率問題：由於使用了大量的迴圈和遞迴，效率是一個不容忽視的問題。

4 應用場景

4.1 重複發生的問題可以使用直譯器模式：如伺服器日誌檔案的分析處理；

4.2 簡單語法需要解釋：不過已逐步被被專用工具所取代；

5 注意事項

儘量不要在重要的模組中使用直譯器模式，否則維護是一個很大的問題。在專案中可以使用shell、JRuby、Groovy等指令碼語言來代替直譯器模式，彌補Java編譯型語言的不足。（而且已有眾多開源直譯器，沒必要自己寫。）

6 擴充套件

暫無

7 範例

圖1

很簡單的一個類圖，VarExpression用來解析運算元素，各個公式能運算元素的數量是不同的，但每個運算元素都對應一個VarExpression物件。SybmolExpression負責運算子號解析，由兩個子類AddExpression（負責加法運算）和SubExpression（負責減法運算）來實現。解析的工作完成了，我們還需要把安排執行的先後順序（加減法是不用考慮，但是乘除法呢？注意擴充套件性），並且還要返回結果，因此我們需要增加一個封裝類來進行封裝處理，由於我們只做運算，暫時還不與業務有關聯，定義為Calculator類，分析到這裡，思路就比較清晰了，優化後加減法類圖如圖27-2所示。

圖2

優化後加減法類圖

圖27-3 完整加減法類圖

原始碼如下：