设计模式之解释器模式

原创

孟斯特

发布于 2024-02-06 12:34:53

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1. 基本概念

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，用于定义语言的文法规则，并提供一个解释器来解释执行这些规则。它属于行为型模式，适用于需要解释语言语法或表达式的场景。

在解释器模式中，有几种不同的角色，它们各自有不同的职责和行为：

AbstractExpression（抽象表达式）：
- 职责：定义解释器的接口，声明一个interpret方法，是解释器模式的核心抽象。
- 行为：为终结符表达式和非终结符表达式定义了一个公共的接口。
TerminalExpression（终结符表达式）：
- 职责：实现AbstractExpression接口中的interpret方法，表示文法中的终结符。
- 行为：执行实际的解释操作，通常是基本操作或基本表达式。
NonterminalExpression（非终结符表达式）：
- 职责：实现AbstractExpression接口中的interpret方法，表示文法中的非终结符。
- 行为：通常是由终结符表达式和其他非终结符表达式组成，完成复杂的解释操作。
Context（环境类）：
- 职责：包含解释器之外的一些全局信息，通常是解释器需要的数据。
- 行为：在解释器模式中，上下文负责传递数据，供解释器使用。
Client（客户端）：
- 职责：构建抽象语法树，组合不同的终结符和非终结符表达式。
- 行为：将表达式组装成一个具体的语法树，并调用解释器执行解释操作。

在一个典型的解释器模式中，这些角色协同工作，通过构建和组合不同的表达式来解释和执行特定的语法规则。解释器通过递归的方式对语法树进行解释，从而实现对特定语言的解释和执行。

2. 适用场景

当有一个语言需要解释执行，且语法规则相对简单时，可以使用解释器模式。
当需要解决一类问题，这类问题可被一定文法规则表示，且可将问题的解决方法表示为语法树时。
当语法规则频繁变化，且可以用类表示不同规则时，解释器模式也是一种可考虑的设计方案。

3. 优缺点

优点：

易扩展：可以灵活地扩展语法规则，添加新的表达式，而不需要修改已有的解释器。
易于实现：对于简单的语法规则，实现解释器相对简单。
灵活性：可以组合不同的表达式，构建复杂的语法结构。

缺点：

复杂性增加：随着语法规则的复杂化，解释器的实现可能变得复杂。
执行效率：对于复杂的语法规则，解释器模式的执行效率可能较低。

4. 示例

考虑一个简单的数学表达式解释器，可以解释加法和减法操作。在这个例子中，我们定义了抽象表达式接口Expression和两个具体的表达式类AddExpression和SubtractExpression。

package main

import (
	"fmt"
	"strconv"
	"strings"
)

// Expression Interface
type Expression interface {
	Interpret() int
}

// Terminal Expression
type NumberExpression struct {
	number int
}

func NewNumberExpression(number int) *NumberExpression {
	return &NumberExpression{number: number}
}

func (ne *NumberExpression) Interpret() int {
	return ne.number
}

// Non-terminal Expression
type AddExpression struct {
	left  Expression
	right Expression
}

func NewAddExpression(left, right Expression) *AddExpression {
	return &AddExpression{left: left, right: right}
}

func (ae *AddExpression) Interpret() int {
	return ae.left.Interpret() + ae.right.Interpret()
}

// Non-terminal Expression
type SubtractExpression struct {
	left  Expression
	right Expression
}

func NewSubtractExpression(left, right Expression) *SubtractExpression {
	return &SubtractExpression{left: left, right: right}
}

func (se *SubtractExpression) Interpret() int {
	return se.left.Interpret() - se.right.Interpret()
}

// Client
func main() {
	// Example: 1 + 2 - 3
	expression := NewSubtractExpression(
		NewAddExpression(NewNumberExpression(1), NewNumberExpression(2)),
		NewNumberExpression(3),
	)

	result := expression.Interpret()
	fmt.Println("Result:", result)
}

在这个示例中，Expression是表达式接口，NumberExpression、AddExpression和SubtractExpression是具体的表达式类。通过构建不同的表达式组合，可以解释和计算复杂的数学表达式。

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