【地铁上的设计模式】--行为型模式：解释器模式

什么是解释器

解释器（Interpreter）是一种行为型设计模式，它用于解释一种特定的编程语言或表达式。它提供了一种解释一组语言语法的方法，使得用户可以按照特定的规则定义自己的语言，并通过解释器将其转化成可执行代码。
在解释器模式中，包含两个角色：终结符和非终结符。终结符表示语法规则中的基本单元，而非终结符表示由终结符组成的语法规则。解释器模式通常使用抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）来实现对语法规则的解释。
解释器模式的优点在于它可以轻松地添加新的语法规则，同时保持代码的灵活性和可扩展性。它也能够在运行时动态生成代码，从而更好地支持动态编程。
然而，解释器模式的缺点在于它可能会导致性能问题，因为它需要在解释器中进行大量的运算和计算。此外，解释器模式的设计较为复杂，需要开发者具备较强的编程能力和领域知识。
在软件开发中，解释器模式通常应用于解析和执行脚本、编译器、数据库查询语言等场景。例如，JavaScript的解释器就是一种常见的解释器实现。

如何实现解释器

下面是实现解释器的一般步骤：

定义抽象表达式类（Abstract Expression），定义了公共的接口和属性，通常包含解释操作（interpret）方法；
定义终结符表达式类（Terminal Expression），实现抽象表达式中的解释方法，用来解释语言中的终结符，通常是语言中的最小单位；
定义非终结符表达式类（Non-terminal Expression），也实现了抽象表达式的解释方法，用来解释由多个终结符组成的复杂语言结构，它通常是由多个子表达式组成的；
定义环境类（Context），用来存储解释器解释时的状态，通常包含解释器解释时需要的数据；
客户端创建抽象语法树（Abstract Syntax Tree），通过实例化终结符和非终结符表达式类，组合成一颗抽象语法树；
客户端使用环境类和抽象语法树调用解释器的解释方法（interpret），实现语言的解释。

实现解释器模式的关键在于定义好抽象表达式类和具体表达式类，以及使用抽象语法树来组合表达式，形成复杂的语言结构。在实现过程中需要考虑到语法的复杂性，把复杂语法拆解成简单的终结符和非终结符，然后根据语言结构的不同，实现不同的表达式类。同时，在使用解释器时需要构建好环境类，把需要解释的数据存储起来，提供给解释器使用。

Java实现
由于解释器模式相对比较复杂，需要先设计文法和规则，因此这里只提供一个示例代码，供参考。

//抽象表达式类
interface Expression {int interpret();
}//数字表达式类
class NumberExpression implements Expression {private int number;public NumberExpression(int number) {this.number = number;}@Overridepublic int interpret() {return number;}
}//加法表达式类
class AddExpression implements Expression {private Expression left;private Expression right;public AddExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() + right.interpret();}
}//减法表达式类
class SubtractExpression implements Expression {private Expression left;private Expression right;public SubtractExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() - right.interpret();}
}//乘法表达式类
class MultiplyExpression implements Expression {private Expression left;private Expression right;public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() * right.interpret();}
}//除法表达式类
class DivideExpression implements Expression {private Expression left;private Expression right;public DivideExpression(Expression left, Expression right) {this.left = left;this.right = right;}@Overridepublic int interpret() {return left.interpret() / right.interpret();}
}//客户端调用
public class InterpreterPatternDemo {public static void main(String[] args) {//构造一个表达式：1 + 2 * 3 - 4 / 2Expression expression = new SubtractExpression(new AddExpression(new NumberExpression(1),new MultiplyExpression(new NumberExpression(2),new NumberExpression(3))),new DivideExpression(new NumberExpression(4),new NumberExpression(2)));//计算表达式的值int result = expression.interpret();//输出结果System.out.println("1 + 2 * 3 - 4 / 2 = " + result);}
}

以上代码实现了一个简单的四则运算表达式解释器，其中每个具体的表达式类都实现了 Expression 接口，并重写了 interpret() 方法来进行表达式的解释和计算。在客户端调用中，通过构造各种不同的表达式来表示不同的复杂表达式，并最终调用 interpret() 方法计算出结果。

C#实现
以下是C#实现解释器模式的示例代码：

using System;
using System.Collections.Generic;// 抽象表达式类
public abstract class AbstractExpression
{public abstract void Interpret(Context context);
}// 终结符表达式类
public class TerminalExpression : AbstractExpression
{public override void Interpret(Context context){Console.WriteLine("终端解释器");}
}// 非终结符表达式类
public class NonterminalExpression : AbstractExpression
{private AbstractExpression expression1;private AbstractExpression expression2;public NonterminalExpression(AbstractExpression expression1, AbstractExpression expression2){this.expression1 = expression1;this.expression2 = expression2;}public override void Interpret(Context context){Console.WriteLine("非终端解释器");expression1.Interpret(context);expression2.Interpret(context);}
}// 上下文类
public class Context
{private string input;private string output;public string Input{get { return input; }set { input = value; }}public string Output{get { return output; }set { output = value; }}
}// 客户端代码
class Program
{static void Main(string[] args){Context context = new Context();List<AbstractExpression> list = new List<AbstractExpression>();list.Add(new TerminalExpression());list.Add(new NonterminalExpression(new TerminalExpression(), new TerminalExpression()));list.Add(new TerminalExpression());list.Add(new TerminalExpression());foreach (AbstractExpression exp in list){exp.Interpret(context);}Console.ReadLine();}
}

该示例实现了解释器模式的基本结构，其中抽象表达式类 AbstractExpression 定义了解释器的基本方法 Interpret，终结符表达式类 TerminalExpression 实现了终端解释器，非终结符表达式类 NonterminalExpression 实现了非终端解释器，上下文类 Context 存储了解释器的上下文信息。
在客户端代码中，创建了一个 Context 对象，并创建了多个终结符和非终结符表达式对象，最后通过 Interpret 方法对这些表达式进行解释。