深入理解Java解释器模式（手把手教你实现表达式解析的解释器模式教程）

解释器模式的组成角色

• AbstractExpression（抽象表达式）：声明一个抽象的解释操作，所有具体表达式都继承它。
• TerminalExpression（终结符表达式）：实现与文法中的终结符相关的解释操作。
• NonterminalExpression（非终结符表达式）：实现文法中非终结符的解释操作，通常由多个子表达式组成。
• Context（上下文）：包含解释器之外的全局信息，比如变量值、环境配置等。
• Client（客户端）：构建抽象语法树，并调用解释操作。

实战：用Java实现一个简单的算术表达式解释器

假设我们要解析像 a + b - c 这样的简单算术表达式。我们将使用解释器模式来实现它。

第1步：定义上下文 Context

import java.util.HashMap;import java.util.Map;// 上下文：存储变量名和对应的值public class Context {    private Map<String, Integer> variables = new HashMap<>();    public void assign(String variable, int value) {        variables.put(variable, value);    }    public int lookup(String variable) {        return variables.getOrDefault(variable, 0);    }}

第2步：定义抽象表达式 AbstractExpression

// 抽象表达式接口public interface Expression {    int interpret(Context context);}

第3步：实现终结符表达式（变量）

// 终结符表达式：代表一个变量，如 a, b, cpublic class VariableExpression implements Expression {    private String name;    public VariableExpression(String name) {        this.name = name;    }    @Override    public int interpret(Context context) {        return context.lookup(name);    }}

第4步：实现非终结符表达式（加法和减法）

// 加法表达式public class AddExpression implements Expression {    private Expression left, right;    public AddExpression(Expression left, Expression right) {        this.left = left;        this.right = right;    }    @Override    public int interpret(Context context) {        return left.interpret(context) + right.interpret(context);    }}// 减法表达式public class SubtractExpression implements Expression {    private Expression left, right;    public SubtractExpression(Expression left, Expression right) {        this.left = left;        this.right = right;    }    @Override    public int interpret(Context context) {        return left.interpret(context) - right.interpret(context);    }}

第5步：客户端使用示例

public class InterpreterDemo {    public static void main(String[] args) {        // 创建上下文        Context context = new Context();        context.assign("a", 10);        context.assign("b", 5);        context.assign("c", 2);        // 构建表达式: (a + b) - c        Expression expression = new SubtractExpression(            new AddExpression(                new VariableExpression("a"),                new VariableExpression("b")            ),            new VariableExpression("c")        );        int result = expression.interpret(context);        System.out.println("Result: " + result); // 输出: Result: 13    }}

适用场景与优缺点

适用场景

• 需要解释执行特定文法的句子（如 DSL、规则引擎）。
• 文法比较简单，且效率不是首要考虑因素。

优点

• 易于扩展新的文法规则。
• 结构清晰，符合开闭原则。

缺点

• 对于复杂文法，会导致类爆炸（每个规则都需要一个类）。
• 性能较低，不适合高频解析场景。

总结

通过本教程，你已经掌握了Java解释器模式的基本原理和实现方式。虽然在实际开发中直接使用解释器模式的场景不多，但理解它有助于你设计领域特定语言（DSL）或规则引擎。记住，解释器模式是Java行为型设计模式中的重要一员，合理使用能让你的代码更具扩展性和可维护性。

希望这篇解释器模式教程对你有帮助！如果你喜欢，请分享给更多学习设计模式Java的朋友。