23種設計模式之直譯器模式

定義：給定一種語言，定義他的文法的一種表示，並定義一個直譯器，該直譯器使用該表示來解釋語言中句子。

型別：行為類模式

類圖：

直譯器模式是一個比較少用的模式，本人之前也沒有用過這個模式。下面我們就來一起看一下直譯器模式。

直譯器模式的結構

• 抽象直譯器：宣告一個所有具體表示式都要實現的抽象介面（或者抽象類），介面中主要是一個interpret()方法，稱為解釋操作。具體解釋任務由它的各個實現類來完成，具體的直譯器分別由終結符直譯器TerminalExpression和非終結符直譯器NonterminalExpression完成。
• 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，但有多個例項，對應不同的終結符。終結符一半是文法中的運算單元，比如有一個簡單的公式R=R1+R2，在裡面R1和R2就是終結符，對應的解析R1和R2的直譯器就是終結符表示式。
• 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，非終結符表示式一般是文法中的運算子或者其他關鍵字，比如公式R=R1+R2中，+就是非終結符，解析+的直譯器就是一個非終結符表示式。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。
• 環境角色：這個角色的任務一般是用來存放文法中各個終結符所對應的具體值，比如R=R1+R2，我們給R1賦值100，給R2賦值200。這些資訊需要存放到環境角色中，很多情況下我們使用Map來充當環境角色就足夠了。

程式碼實現

class Context {}
abstract class Expression {
	public abstract Object interpreter(Context ctx);
}
class TerminalExpression extends Expression {
	public Object interpreter(Context ctx){
		return null;
	}
}
class NonterminalExpression extends Expression {
	public NonterminalExpression(Expression...expressions){

	}
	public Object interpreter(Context ctx){
		return null;
	}
}
public class Client {
	public static void main(String[] args){
		String expression = "";
		char[] charArray = expression.toCharArray();
		Context ctx = new Context();
		Stack<Expression> stack = new Stack<Expression>();
		for(int i=0;i<charArray.length;i++){
			//進行語法判斷，遞迴呼叫
		}
		Expression exp = stack.pop();
		exp.interpreter(ctx);
	}
}

文法遞迴的程式碼部分需要根據具體的情況來實現，因此在程式碼中沒有體現。抽象表示式是生成語法集合的關鍵，每個非終結符表示式解釋一個最小的語法單元，然後通過遞迴的方式將這些語法單元組合成完整的文法，這就是直譯器模式。

直譯器模式的優缺點

直譯器是一個簡單的語法分析工具，它最顯著的優點就是擴充套件性，修改語法規則只需要修改相應的非終結符就可以了，若擴充套件語法，只需要增加非終結符類就可以了。

但是，直譯器模式會引起類的膨脹，每個語法都需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，為維護帶來非常多的麻煩。同時，由於採用遞迴呼叫方法，每個非終結符表示式只關心與自己相關的表示式，每個表示式需要知道最終的結果，必須通過遞迴方式，無論是物件導向的語言還是程式導向的語言，遞迴都是一個不推薦的方式。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。特別是用於解釋一個解析複雜、冗長的語法時，效率是難以忍受的。

直譯器模式的適用場景

在以下情況下可以使用直譯器模式：

• 有一個簡單的語法規則，比如一個sql語句，如果我們需要根據sql語句進行rm轉換，就可以使用直譯器模式來對語句進行解釋。
• 一些重複發生的問題，比如加減乘除四則運算，但是公式每次都不同，有時是a+b-c*d，有時是a*b+c-d，等等等等個，公式千變萬化，但是都是由加減乘除四個非終結符來連線的，這時我們就可以使用直譯器模式。

注意事項

直譯器模式真的是一個比較少用的模式，因為對它的維護實在是太麻煩了，想象一下，一坨一坨的非終結符直譯器，假如不是事先對文法的規則瞭如指掌，或者是文法特別簡單，則很難讀懂它的邏輯。直譯器模式在實際的系統開發中使用的很少，因為他會引起效率、效能以及維護等問題。