设计模式之-解释器模式

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一、【概念定义】—— “给对象造个迷你编译器”

✨ 解释器模式（Interpreter Pattern）：
一种“
定义语言文法并解释执行”的行为型设计模式，它为语言中的每条语法规则定义一个类，通过组合这些类来表示句子（表达式），并提供解释执行的方法。
核心思想：
将语句表示为抽象语法树（AST），每个节点是一个表达式对象；解释时递归遍历树求值。
目标：
实现简单语言的解释执行，支持动态扩展语法规则。

口诀：
“解释模式像翻译，语法规则变对象；
组合成树递归跑，字符串变行为强；
SQL正则它擅长，小语言里称霸王！”

二、【解决的问题】—— “硬编码解析”的三大灾难

想象你要让套娃执行咒语：

• ❌ 灾难1：巨型解析函数
• void executeCommand(String command) { if (command.startsWith(“IF”)) { … } // 解析IF else if (command.startsWith(“LOOP”)) { … } // 解析循环 else if (command.contains(“=”)) { … } // 解析赋值 // … 500行if-else，新增语法规则？改到吐血！ }
• ❌ 灾难2：无法动态扩展
  → 想支持“WHILE循环”？必须修改核心解析器！
  
• ❌ 灾难3：违反开闭原则
  → 每新增一个语法，都要动原有代码！
  

✅ 翻译官出手！

定义 Expression 接口，含 interpret(Context) 方法；每个语法规则一个类：IfExpression, EqualsExpression, GlowCommand；咒语 → 构建表达式对象树 → 调用 root.interpret() → 自动递归执行！
→
新增“WHILE”？只需写 WhileExpression 类！不用改解析器！

三、【适用场景】—— “自定义语言”的四大领域

✅ 你该用解释器模式，如果符合“四语原则”：

警告：

复杂语言（如完整Java）→ 用专业编译器（ANTLR, JavaCC）！高频执行 → 解释器性能低，考虑编译成字节码！

四、【经典案例】—— 翻译官的四大翻译现场

1. 【SQL Where条件解析】—— 把字符串变数据库查询！

WHERE age > 18 AND city = ‘Beijing’
❌ 手动解析：写满if-else判断操作符、括号、AND/OR优先级 → 地狱！
✅ 解释器模式：

GreaterThanExpression, EqualsExpression, AndExpression；构建树：And( GreaterThan(age,18), Equals(city,”Beijing”) )；interpret() → 返回true/false过滤数据！
️ 效果：
动态生成查询条件！支持任意组合！

➗ 2. 【数学公式计算器】—— 计算 “3 * (2 + 1)”！

3 * (2 + 1) → 需要处理运算符优先级、括号
✅ 解释器模式经典案例：

NumberExpression, AddExpression, MultiplyExpression；构建树：Multiply( Number(3), Add(Number(2), Number(1)) )；interpret() → 递归计算：2+1=3 → 3*3=9！
效果：
支持任意复杂公式！新增“除法”？加个 DivideExpression！

3. 【游戏技能脚本】—— “当HP<30%时自动喝药”！

⚔️ 配置文件：IF player.hp < 30 THEN use_potion()
✅ 解释器模式：

LessThanExpression, UsePotionCommand；构建树 → 每帧调用 root.interpret() → 自动判断喝药！
效果：
策划改脚本不用程序员改代码！

4. 【正则表达式引擎】—— 解析 “a*b” 匹配字符串！

a*b = 0个或多个a + 一个b
✅ 核心思想类似解释器：

StarExpression, CharExpression, SequenceExpression；构建NFA/DFA状态机（本质是特殊语法树）；interpret(“aaab”) → 返回true！
效果：
动态构建匹配规则！

️ 五、【结构简述】—— 翻译官的“语法树工厂”

解释器模式四要素：

解释流程：

解析器 将咒语 “IF color=red THEN glow” → 构建表达式树；调用 root.interpret(context)；IfExpression.interpret() → 先解释条件 EqualsExpression → 再根据结果解释 GlowExpression 或 SingExpression；
关键：递归解释！组合模式！树形结构！

⚠️ 六、【注意事项】—— “翻译官”的三大陷阱

1. 陷阱1：性能瓶颈

复杂语法树递归解释 → 比编译型语言慢10-100倍！
✅ 优化：
缓存语法树、编译成字节码（如JVM）、用状态机替代。

2. 陷阱2：语法树复杂

嵌套10层的IF语句？语法树深如迷宫！调试困难！
✅ 优化：
提供语法树可视化工具、限制语法规则深度。

3. 陷阱3：滥用场景

用解释器模式写完整编程语言？→ 过度设计！维护灾难！
✅ 铁律：
只用于简单、领域特定的语言！

️ 七、【实战应用】—— 套娃咒语翻译实战！

java

深色版本

import java.util.*; // 1. 咒语单词协议（AbstractExpression） interface Expression { void interpret(Context context); } // 2. 上下文（存储套娃状态） class Context { private Matryoshka targetDoll; // 当前操作的套娃 private Map<String, Object> variables = new HashMap<>(); // 变量表 public Context(Matryoshka doll) { this.targetDoll = doll; } public void setVariable(String name, Object value) { variables.put(name, value); } public Object getVariable(String name) { return variables.get(name); } public Matryoshka getTargetDoll() { return targetDoll; } } // 3. 套娃基类（被操作对象） class Matryoshka { private String color; private boolean isGlowing = false; private boolean isSinging = false; public Matryoshka(String color) { this.color = color; } public String getColor() { return color; } public void glow() { isGlowing = true; System.out.println("✨ 套娃开始发光！"); } public void sing() { isSinging = true; System.out.println(" 套娃开始唱歌！"); } public void reset() { isGlowing = isSinging = false; } } // 4. 终结符：获取套娃属性（TerminalExpression） class GetColorExpression implements Expression { @Override public void interpret(Context context) { // 将套娃颜色存入上下文变量 "color_value" String color = context.getTargetDoll().getColor(); context.setVariable("color_value", color); System.out.println(" 读取套娃颜色: " + color); } } // 5. 终结符：常量值（TerminalExpression） class ConstantExpression implements Expression { private String value; public ConstantExpression(String value) { this.value = value; } @Override public void interpret(Context context) { context.setVariable("constant_value", value); System.out.println(" 常量值: " + value); } } // 6. 非终结符：等于比较（NonterminalExpression） class EqualsExpression implements Expression { private Expression leftExpr; private Expression rightExpr; public EqualsExpression(Expression left, Expression right) { this.leftExpr = left; this.rightExpr = right; } @Override public void interpret(Context context) { // 先解释左右表达式 leftExpr.interpret(context); rightExpr.interpret(context); // 获取比较值 Object leftVal = context.getVariable("color_value"); // 假设左边是颜色 Object rightVal = context.getVariable("constant_value"); // 右边是常量 boolean result = leftVal.equals(rightVal); context.setVariable("condition_result", result); // 存储比较结果 System.out.println("⚖️ 比较结果: " + leftVal + " == " + rightVal + " → " + result); } } // 7. 非终结符：发光命令（TerminalExpression - 无子节点） class GlowCommand implements Expression { @Override public void interpret(Context context) { System.out.println(" 执行发光命令！"); context.getTargetDoll().glow(); } } // 8. 非终结符：唱歌命令（TerminalExpression） class SingCommand implements Expression { @Override public void interpret(Context context) { System.out.println(" 执行唱歌命令！"); context.getTargetDoll().sing(); } } // 9. 非终结符：IF语句（NonterminalExpression - 核心！） class IfExpression implements Expression { private Expression condition; private Expression thenCommand; private Expression elseCommand; public IfExpression(Expression condition, Expression thenCmd, Expression elseCmd) { this.condition = condition; this.thenCommand = thenCmd; this.elseCommand = elseCmd; } @Override public void interpret(Context context) { System.out.println("\n 解释 IF 语句..."); // 1. 解释条件表达式 condition.interpret(context); Boolean result = (Boolean) context.getVariable("condition_result"); // 2. 根据条件执行分支 if (result) { System.out.println("✅ 条件为真，执行 THEN 分支"); thenCommand.interpret(context); } else { System.out.println("❌ 条件为假，执行 ELSE 分支"); if (elseCommand != null) { elseCommand.interpret(context); } } } } // 10. 翻译官实战（客户端 - 模拟解析器构建语法树） public class InterpreterTranslationAgency { public static void main(String[] args) { System.out.println(" 套娃咒语翻译局启动！"); // 创建红色套娃 Matryoshka redDoll = new Matryoshka("红色"); Context context = new Context(redDoll); System.out.println("\n=== ♂️ 咒语1: IF 颜色=红色 THEN 发光 ELSE 唱歌 ==="); redDoll.reset(); // 手动构建语法树 (模拟解析器工作) Expression getColor = new GetColorExpression(); // 获取颜色 Expression redConstant = new ConstantExpression("红色"); // 常量"红色" Expression condition = new EqualsExpression(getColor, redConstant); // 颜色 == "红色" Expression glowCmd = new GlowCommand(); // 发光命令 Expression singCmd = new SingCommand(); // 唱歌命令 // 构建IF语句树 Expression ifStmt = new IfExpression(condition, glowCmd, singCmd); // 解释执行！ ifStmt.interpret(context); System.out.println("\n=== ♂️ 咒语2: IF 颜色=蓝色 THEN 发光 ELSE 唱歌 ==="); Matryoshka blueDoll = new Matryoshka("蓝色"); context = new Context(blueDoll); // 切换上下文 blueDoll.reset(); // 重用之前的表达式树！（只换上下文） ifStmt.interpret(context); // 新增功能：支持“循环”？创建 LoopExpression 类！ // —— 不用修改现有任何Expression类！ System.out.println("\n 扩展性展示：新增 WHILE 语句？只需创建 WhileExpression 类！"); } }

✅ 运行结果：

深色版本

 套娃咒语翻译局启动！ === ♂️ 咒语1: IF 颜色=红色 THEN 发光 ELSE 唱歌 === 解释 IF 语句... 读取套娃颜色: 红色 常量值: 红色 ⚖️ 比较结果: 红色 == 红色 → true ✅ 条件为真，执行 THEN 分支 执行发光命令！ ✨ 套娃开始发光！ === ♂️ 咒语2: IF 颜色=蓝色 THEN 发光 ELSE 唱歌 === 解释 IF 语句... 读取套娃颜色: 蓝色 常量值: 红色 ⚖️ 比较结果: 蓝色 == 红色 → false ❌ 条件为假，执行 ELSE 分支 执行唱歌命令！ 套娃开始唱歌！ 扩展性展示：新增 WHILE 语句？只需创建 WhileExpression 类！

震撼效果：

咒语变对象树：IF color=red THEN glow → 由5个对象组合的树！递归解释：IfExpression 自动调用子表达式，层层求值！完全解耦：新增“唱歌”命令？只需写 SingCommand！不用改IF逻辑！上下文隔离：切换套娃对象 → 同一棵树解释不同结果！
—— 这就是解释器模式的魔力：把字符串魔法变成可执行的对象树！

最后总结：解释器模式 —— 对象界的“迷你编译器”

以前：解析字符串 → 巨型if-else → 难扩展 → 改不动！
✨ 现在：字符串 → 语法树 → 递归解释 → 动态扩展 → 灵活如魔法！
解释器模式就是对象界的“语言翻译官” ——

把人类咒语翻译成对象的行为树！

记忆口诀：