津津乐道设计模式 - 解释器模式详解（用简单的数学表达式带你领悟）

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什么是解释器模式

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，它用于定义一个语言的文法，并解析和执行该语言中的表达式。该模式将每个表达式表示为一个类，并提供了一种方式来解释表达式并执行相应的操作。

命令模式类图
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解释器模式组成要素

抽象表达式（Abstract Expression）：定义了解释器模式中所有具体表达式的共同接口。通常包含一个 interpret() 方法用于解释表达式。
终结符表达式（Terminal Expression）：实现了抽象表达式接口，并表示语言中的终结符。终结符表达式通常是解释器模式中的最小单位，无法再进行拆分或解释。
非终结符表达式（Non-terminal Expression）：实现了抽象表达式接口，并表示语言中的非终结符。非终结符表达式可以由终结符表达式和其他非终结符表达式组合而成，形成更复杂的表达式。
上下文（Context）：包含解释器所操作的信息，通常是一些全局变量或上下文环境。上下文提供了解释器执行所需的数据和状态。
客户端（Client）：创建和配置解释器，并调用解释器的解释方法来执行特定的语言表达式。

解释器模式适用场景

当需要解析和执行一种特定语言的表达式时，可以使用解释器模式。例如，编译器、解释器、正则表达式引擎等都可以使用解释器模式来解析和执行语言表达式。
当有一个简单的语法规则，并且希望通过解释器来执行和处理该语法时，可以考虑使用解释器模式。这种情况下，可以通过定义不同的解释器类来处理不同的语法规则。
当需要灵活地扩展语言的语法或添加新的操作时，解释器模式可以提供一种方便的方式。通过添加新的解释器类，可以轻松地扩展已有的语言和操作。
当需要对一组相关的规则进行处理，并且规则之间存在复杂的组合关系时，可以使用解释器模式。解释器模式可以将这些规则表示为不同的表达式，并使用组合模式来构建复杂的表达式树。

总的来说，解释器模式适用于需要解析、执行和处理一种特定语言的表达式的场景，以及需要灵活扩展语言和操作的情况。它提供了一种结构化的方式来处理语法规则和操作，并将其封装为相应的解释器类。

案例代码

假设我们有一个简单的数学表达式解析器，可以解析并计算加法和乘法表达式。我们将使用解释器模式来实现该场景。

首先，我们定义抽象表达式接口 Expression，其中包含解释方法interpret()：

public interface Expression {
    int interpret();
}

然后，我们实现终结符表达式 NumberExpression，用于表示数字：

public class NumberExpression implements Expression {
    private int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    public int interpret() {
        return number;
    }
}

接下来，我们实现非终结符表达式 AddExpression，用于表示加法表达式：

public class AddExpression implements Expression {
    private Expression leftOperand;
    private Expression rightOperand;

    public AddExpression(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {
        this.leftOperand = leftOperand;
        this.rightOperand = rightOperand;
    }

    public int interpret() {
        return leftOperand.interpret() + rightOperand.interpret();
    }
}

最后，我们实现非终结符表达式 MultiplyExpression，用于表示乘法表达式：

public class MultiplyExpression implements Expression {
    private Expression leftOperand;
    private Expression rightOperand;

    public MultiplyExpression(Expression leftOperand, Expression rightOperand) {
        this.leftOperand = leftOperand;
        this.rightOperand = rightOperand;
    }

    public int interpret() {
        return leftOperand.interpret() * rightOperand.interpret();
    }
}

现在，我们可以使用解释器模式来解析和计算数学表达式。
例如，假设我们有一个表达式 2 + 3 * 4，我们可以按照以下方式解析和计算它：

Expression expression = new AddExpression(
    new NumberExpression(2),
    new MultiplyExpression(
        new NumberExpression(3),
        new NumberExpression(4)
    )
);

int result = expression.interpret();
System.out.println("本次计算结果:" + result);  // 输出: 14