【HeadFirst系列之HeadFirst设计模式】第18天之深入解析解释器模式：从原理到实战

深入解析解释器模式：从原理到实战

在软件开发中，我们经常需要解析特定的语言或表达式，例如：

数学表达式（计算 2 + 3 * 5）。
SQL 解析（解析 SELECT * FROM users WHERE age > 18）。
正则表达式（匹配字符串模式）。
自定义 DSL（领域特定语言）（如 Spring EL 表达式）。

这些场景都涉及 将文本转换为可执行逻辑，而这正是 解释器模式（Interpreter Pattern） 解决的问题。

📌 1. 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，用于定义一种语言的语法，并提供解释这些语法的解释器。

💡 一句话概括：如果你的程序需要解析和执行某种语言（或类语言）表达式，解释器模式就是一个很好的选择！

📜 经典案例：数学表达式计算

需求：解析并计算数学表达式 "2 + 3 * 5"。
方案：使用解释器模式，将表达式拆分为 终结符（数字） 和 非终结符（操作符），然后逐层解析并计算结果。

📌 2. 解释器模式的核心概念

解释器模式通常包含以下组件：

抽象表达式（Expression）：定义解释器的接口。
终结符表达式（TerminalExpression）：表示表达式中的具体值（如数字）。
非终结符表达式（NonTerminalExpression）：表示运算符（如加法、乘法）。
上下文（Context）：存储解释器运行时的环境信息。
客户端（Client）：构建语法树，并调用解释方法。

📌 3. 代码实战：数学表达式解析器

🎯 目标：解析和计算简单的数学表达式

示例表达式：2 + 3 * 5，按运算符优先级，结果应为 2 + (3 * 5) = 17。

🖥️ 代码实现

import java.util.Map;

// 1️⃣ 抽象表达式（Expression）
interface Expression {
    int interpret(Map<String, Integer> context);
}

// 2️⃣ 终结符表达式（数字）
class NumberExpression implements Expression {
    private final int number;

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

    @Override
    public int interpret(Map<String, Integer> context) {
        return number;
    }
}

// 3️⃣ 非终结符表达式（加法）
class AddExpression implements Expression {
    private final Expression left, right;

    public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Map<String, Integer> context) {
        return left.interpret(context) + right.interpret(context);
    }
}

// 4️⃣ 非终结符表达式（乘法）
class MultiplyExpression implements Expression {
    private final Expression left, right;

    public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret(Map<String, Integer> context) {
        return left.interpret(context) * right.interpret(context);
    }
}

// 5️⃣ 客户端代码
public class InterpreterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 表达式：2 + 3 * 5
        Expression num2 = new NumberExpression(2);
        Expression num3 = new NumberExpression(3);
        Expression num5 = new NumberExpression(5);

        Expression multiply = new MultiplyExpression(num3, num5); // 3 * 5
        Expression add = new AddExpression(num2, multiply);       // 2 + (3 * 5)

        // 计算并输出结果
        System.out.println("结果: " + add.interpret(Map.of())); // 结果: 17
    }
}

📢 代码解析

NumberExpression 负责解析数字。
AddExpression 负责解析 + 运算。
MultiplyExpression 负责解析 * 运算，并保证 乘法优先级高于加法。
构建 AST（抽象语法树） 来解析 2 + 3 * 5，计算结果 17。

📌 4. 解释器模式的应用场景

✅ 适用场景

解释器模式适用于 语言解析、规则匹配、计算表达式 等场景：

数学计算（如计算器）
SQL 解析（如 MyBatis 的 SQL 语法解析器）
正则表达式（如 Pattern.compile()）
领域特定语言（DSL）（如 Spring EL 表达式）
脚本语言解析（如 Groovy、JS 解析器）

❌ 不适用场景

解释器模式适用于小规模解析任务，但对于复杂语言（如 Java、Python 解析器），其 效率较低，一般采用 编译器技术（如 ANTLR、Lex、YACC）。

📌 5. 解释器模式在 JDK 和 Spring 中的应用

🚀 1. 在 JDK 中

Java 内部使用了解释器模式来解析 正则表达式：

Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+"); // 解析整数
Matcher matcher = pattern.matcher("12345");
System.out.println(matcher.matches()); // true

Pattern.compile() 就是一个 解释器，它将 正则表达式转换为可执行的匹配逻辑。

🌱 2. 在 Spring 中

Spring 使用解释器模式解析 Spring EL（表达式语言）：

ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
Expression exp = parser.parseExpression("10 * (2 + 3)");
Integer result = exp.getValue(Integer.class);
System.out.println(result); // 50