## 引入 在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述解釋器（Interpreter）模式的： > 解釋器模式是類的行為模式。給定一個語言之后，解釋器模式可以定義出其文法的一種表示，并同時提供一個解釋器。客戶端可以使用這個解釋器來解釋這個語言中的句子。 ## 定義 所謂解釋器模式就是定義語言的文法，并且建立一個解釋器來解釋該語言中的句子。 在這里我們將語言理解成使用規定格式和語法的代碼。 例如我經常利用正則表達式來檢測某些字符串是否符合我們規定的格式。這里正則表達式就是解釋器模式的應用，解釋器為正則表達式定義了一個文法，如何表示一個特定的正則表達式，以及如何解釋這個正則表達式。 解釋器模式描述了如何構成一個簡單的語言解釋器，主要應用在使用面向對象語言開發的編譯器中。它描述了如何為簡單的語言定義一個文法，如何在該語言中表示一個句子，以及如何解釋這些句子。 在解釋器模式中除了能夠使用文法規則來定義一個語言，還有通過一個更加直觀的方法來表示——使用抽象語法樹。抽象語法樹能夠更好地，更直觀地表示一個語言的構成，每一顆抽象語法樹對應一個語言實例。 ## 結構 下面就以一個示意性的系統為例，討論解釋器模式的結構。系統的結構圖如下所示：  模式所涉及的角色如下所示： * （1）抽象表達式(Expression)角色：聲明一個所有的具體表達式角色都需要實現的抽象接口。這個接口主要是一個interpret()方法，稱做解釋操作。 * （2）終結符表達式(Terminal Expression)角色：實現了抽象表達式角色所要求的接口，主要是一個interpret()方法；文法中的每一個終結符都有一個具體終結表達式與之相對應。比如有一個簡單的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是終結符，對應的解析R1和R2的解釋器就是終結符表達式。 * （3）非終結符表達式(Nonterminal Expression)角色：文法中的每一條規則都需要一個具體的非終結符表達式，非終結符表達式一般是文法中的運算符或者其他關鍵字，比如公式R=R1+R2中，“+"就是非終結符，解析“+”的解釋器就是一個非終結符表達式。 * （4）環境(Context)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。這些信息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。 ## 代碼實現 為了說明解釋器模式的實現辦法，這里給出一個最簡單的文法和對應的解釋器模式的實現，這就是模擬Java語言中對布爾表達式進行操作和求值。 　　在這個語言中終結符是布爾變量，也就是常量true和false。非終結符表達式包含運算符and，or和not等布爾表達式。這個簡單的文法如下： ``` Expression ::= Constant | Variable | Or | And | Not 　　　　And 　　　　::= Expression 'AND' Expression 　　　　Or　　　　　::= Expression 'OR' Expression 　　　　Not　　　　 ::= 'NOT' Expression 　　　　Variable　　::= 任何標識符 　　　　Constant ::= 'true' | 'false' ``` 解釋器模式的結構圖如下所示：  抽象表達式角色 ``` public abstract class Expression { /** * 以環境為準，本方法解釋給定的任何一個表達式 */ public abstract boolean interpret(Context ctx); /** * 檢驗兩個表達式在結構上是否相同 */ public abstract boolean equals(Object obj); /** * 返回表達式的hash code */ public abstract int hashCode(); /** * 將表達式轉換成字符串 */ public abstract String toString(); } ``` 一個Constant對象代表一個布爾常量 ``` public class Constant extends Expression{ private boolean value; public Constant(boolean value){ this.value = value; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Constant){ return this.value == ((Constant)obj).value; } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return value; } @Override public String toString() { return new Boolean(value).toString(); } } ``` 一個Variable對象代表一個有名變量 ``` public class Variable extends Expression { private String name; public Variable(String name){ this.name = name; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Variable) { return this.name.equals( ((Variable)obj).name); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public String toString() { return name; } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return ctx.lookup(this); } } ``` 代表邏輯“與”操作的And類，表示由兩個布爾表達式通過邏輯“與”操作給出一個新的布爾表達式的操作 ``` public class And extends Expression { private Expression left,right; public And(Expression left , Expression right){ this.left = left; this.right = right; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof And) { return left.equals(((And)obj).left) && right.equals(((And)obj).right); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return left.interpret(ctx) && right.interpret(ctx); } @Override public String toString() { return "(" + left.toString() + " AND " + right.toString() + ")"; } } ``` 代表邏輯“或”操作的Or類，代表由兩個布爾表達式通過邏輯“或”操作給出一個新的布爾表達式的操作 ``` public class Or extends Expression { private Expression left,right; public Or(Expression left , Expression right){ this.left = left; this.right = right; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Or) { return this.left.equals(((Or)obj).left) && this.right.equals(((Or)obj).right); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return left.interpret(ctx) || right.interpret(ctx); } @Override public String toString() { return "(" + left.toString() + " OR " + right.toString() + ")"; } } ``` 代表邏輯“非”操作的Not類，代表由一個布爾表達式通過邏輯“非”操作給出一個新的布爾表達式的操作 ``` public class Not extends Expression { private Expression exp; public Not(Expression exp){ this.exp = exp; } @Override public boolean equals(Object obj) { if(obj != null && obj instanceof Not) { return exp.equals( ((Not)obj).exp); } return false; } @Override public int hashCode() { return this.toString().hashCode(); } @Override public boolean interpret(Context ctx) { return !exp.interpret(ctx); } @Override public String toString() { return "(Not " + exp.toString() + ")"; } } ``` 環境(Context)類定義出從變量到布爾值的一個映射 ``` public class Context { private Map<Variable,Boolean> map = new HashMap<Variable,Boolean>(); public void assign(Variable var , boolean value){ map.put(var, new Boolean(value)); } public boolean lookup(Variable var) throws IllegalArgumentException{ Boolean value = map.get(var); if(value == null){ throw new IllegalArgumentException(); } return value.booleanValue(); } } ``` 客戶端類 ``` public class Client { public static void main(String[] args) { Context ctx = new Context(); Variable x = new Variable("x"); Variable y = new Variable("y"); Constant c = new Constant(true); ctx.assign(x, false); ctx.assign(y, true); Expression exp = new Or(new And(c,x) , new And(y,new Not(x))); System.out.println("x=" + x.interpret(ctx)); System.out.println("y=" + y.interpret(ctx)); System.out.println(exp.toString() + "=" + exp.interpret(ctx)); } } ``` 運行結果如下： ``` x=false y=true ``` ## 優點 * 可擴展性比較好，靈活 * 增加了新的解釋表達式的方式 * 易于實現簡單文法 ## 缺點 * 可利用場景比較小 * 對于復雜的文法比較難維護 * 解釋器模式會引起類膨脹 ## 適用場景 * 1、可以將一個需要解釋執行的語言中的句子表示為一個抽象語法樹。 * 2、一些重復出現的問題可以用一種簡單的語言來進行表達。 * 3、文法較為簡單。 ## 總結 * 1、在解釋器模式中由于語法是由很多類表示的，所以可擴展性強。 * 2、雖然解釋器的可擴展性強，但是如果語法規則的數目太大的時候，該模式可能就會變得異常復雜。所以解釋器模式適用于文法較為簡單的。 * 3、解釋器模式可以處理腳本語言和編程語言。常用于解決某一特定類型的問題頻繁發生情況。