【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
【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
作者主页：Designer 小郑 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。
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
个角色，请同学认真学习。
- 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。
- 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。
- 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，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。
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。
三、解释者模式的应用场景
解释器模式在以下
个场景中有可能被应用，请同学们认真学习。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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。
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。
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。
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。
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。