概念

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种语言的文法，并提供了一种解释器来解释该语言中的句子


解释器模式通常涉及两个核心角色：解释器（Interpreter）和上下文（Context）

  • 解释器（Interpreter）

    定义了一个抽象的解释操作接口，用于解释文法中的各种句子

    解释器通常会包含多个解释方法，每个方法对应文法中的一个语法规则

  • 上下文（Context）

    包含了需要解释的文法内容

    上下文对象通常会包含一些全局信息或者状态，供解释器对象使用


解释器模式的核心思想是将语言的文法抽象成一个解释器对象，并通过解释器对象来解释文法中的句子

这种模式的优点在于，可以将语言的解释和实现分离，使得解释过程更加灵活和可扩展

解释器模式适用于以下情况：

  • 当需要解释一种语言的文法，并且希望解释过程与实现解释的对象解耦时，可以使用解释器模式
  • 当希望将解释过程封装到一个对象中，并提供一种统一的接口来解释不同类型的句子时，解释器模式也是一个很好的选择


举个简单的例子，考虑一个简单的数学表达式解析器

解释器模式可以将数学表达式的文法抽象成一个解释器对象，并通过解释器对象来解释和计算表达式的值

例如，给定一个表达式 “3 + 5 * 2”，解释器模式可以通过解释器对象来解析该表达式，并计算出其结果为 13


实现条件

  1. 存在一种语言

    解释器模式适用于存在一种自定义语言或者规则的情况，需要解释和执行这种语言或者规则

  2. 需要对语言进行解释和执行

    解释器模式适用于需要对一种自定义语言或者规则进行解释和执行的情况，例如编译器、解析器等

  3. 语言的规则相对固定

    解释器模式适用于语言的规则相对固定，并且不太容易发生变化的情况

    因为解释器模式需要定义一组解释器对象，并且需要根据语言的规则来实现这些解释器对象

  4. 需要对语言进行扩展

    解释器模式适用于需要对语言进行扩展的情况，因为解释器模式可以通过定义新的解释器对象来扩展语言的功能


优点

  1. 性能问题

    解释器模式通常需要解释和执行语言的语法规则，因此可能会导致性能问题，特别是在处理大规模和复杂的语法规则时

  2. 复杂度高

    解释器模式通常需要定义大量的解释器对象，并且需要正确地组合这些解释器对象来实现语言的语法规则，可能会导致系统的复杂度增加

  3. 不适用于所有情况

    解释器模式适用于对语言进行解释和执行的情况，但并不适用于所有情况，特别是对性能要求较高或者语言规则变化频繁的情况

  4. 难以维护

    解释器模式通常会涉及到大量的解释器对象和语法规则，可能会导致代码的维护成本增加


缺点

  1. 性能问题

    解释器模式通常需要解释和执行语言的语法规则，因此可能会导致性能问题，特别是在处理大规模和复杂的语法规则时

  2. 复杂度高

    解释器模式通常需要定义大量的解释器对象，并且需要正确地组合这些解释器对象来实现语言的语法规则，可能会导致系统的复杂度增加

  3. 不适用于所有情况

    解释器模式适用于对语言进行解释和执行的情况，但并不适用于所有情况，特别是对性能要求较高或者语言规则变化频繁的情况

  4. 难以维护

    解释器模式通常会涉及到大量的解释器对象和语法规则，可能会导致代码的维护成本增加


实现方式

解释器基类

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/**
 * 主文件导入各个表达式子类并定义表达式相关类和方法。
 * 提供了基本的数学运算表达式及其组合的构建和解释能力。
 */

// 导入表达式子类
import AdditionExpression from './SubClass/AdditionExpression'
import SubtractionExpression from './SubClass/SubtractionExpression'
import MultiplicationExpression from './SubClass/MultiplicationExpression'
import DivisionExpression from './SubClass/DivisionExpression'
import ModuloExpression from './SubClass/ModuloExpression'

/**
 * 表达式基类，定义了表达式的基本行为。
 * 子类需要实现interpret()方法来提供具体的解释执行逻辑。
 */
class Expression {
    interpret() {
        throw new Error("interpret() must be implemented in derived class")
    }
}

/**
 * 复合表达式基类，用于组合两个表达式进行运算。
 * @extends Expression 表达式基类
 */
class CompoundExpression extends Expression {
    /**
     * 构造函数，初始化复合表达式。
     * @param {Expression} expression1 第一个操作数
     * @param {Expression} expression2 第二个操作数
     * @throws {Error} 如果任一操作数不是Expression实例，则抛出错误
     */
    constructor(expression1, expression2) {
        super()
        if (!(expression1 instanceof Expression) || !(expression2 instanceof Expression)) {
            throw new Error("Both operands must be instances of Expression")
        }
        this.expression1 = expression1
        this.expression2 = expression2
    }
}

/**
 * 数字表达式类，用于表示和解释一个简单的数字表达式。
 * @extends Expression 表达式基类
 */
class NumberExpression extends Expression {
    /**
     * 构造函数，初始化数字表达式。
     * @param {number} number 表达式代表的数字
     * @throws {Error} 如果输入不是数字，则抛出错误
     */
    constructor(number) {
        super()
        if (typeof number !== 'number') {
            throw new Error("NumberExpression requires a number")
        }
        this.number = number
    }
    
    /**
     * 解释执行数字表达式，直接返回数字本身。
     * @returns {number} 表达式代表的数字
     */
    interpret() {
        return this.number
    }
}

/**
 * 辅助方法，用于简化创建加法表达式的过程。
 * @param {Expression} expression1 第一个加数
 * @param {Expression} expression2 第二个加数
 * @returns {AdditionExpression} 新创建的加法表达式实例
 */
function add(expression1, expression2) {
    return new AdditionExpression(expression1, expression2)
}

/**
 * 辅助方法，用于简化创建减法表达式的过程。
 * @param {Expression} expression1 被减数
 * @param {Expression} expression2 减数
 * @returns {SubtractionExpression} 新创建的减法表达式实例
 */
function subtract(expression1, expression2) {
    return new SubtractionExpression(expression1, expression2)
}

/**
 * 辅助方法，用于简化创建乘法表达式的过程。
 * @param {Expression} expression1 第一个乘数
 * @param {Expression} expression2 第二个乘数
 * @returns {MultiplicationExpression} 新创建的乘法表达式实例
 */
function multiply(expression1, expression2) {
    return new MultiplicationExpression(expression1, expression2)
}

/**
 * 辅助方法，用于简化创建除法表达式的过程。
 * @param {Expression} expression1 被除数
 * @param {Expression} expression2 除数
 * @returns {DivisionExpression} 新创建的除法表达式实例
 */
function divide(expression1, expression2) {
    return new DivisionExpression(expression1, expression2)
}

/**
 * 辅助方法，用于简化创建取模表达式的过程。
 * @param {Expression} expression1 被除数
 * @param {Expression} expression2 除数
 * @returns {ModuloExpression} 新创建的取模表达式实例
 */
function modulo(expression1, expression2) {
    return new ModuloExpression(expression1, expression2)
}

// 导出各类表达式和辅助方法供外部使用
export {
    Expression,
    CompoundExpression,
    NumberExpression,
    add,
    subtract,
    multiply,
    divide,
    modulo
}


表达式子类

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/**
 * ModuloExpression类继承自CompoundExpression，用于解释求模运算。
 * 它接收两个表达式作为分子和分母，并在求模运算时抛出零除错误。
 */
import { CompoundExpression } from '../InterpreterPattern'

class ModuloExpression extends CompoundExpression {
    /**
     * 执行求模运算。
     * @returns {number} 返回两个表达式求模后的结果。
     * @throws {Error} 当分母为零时抛出错误。
     */
    interpret() {
        // 解释并获取分母的值
        const divisor = this.expression2.interpret()
        // 检查分母是否为零
        if (divisor === 0) {
            throw new Error("Modulo by zero")
        }
        // 执行求模运算并返回结果
        return this.expression1.interpret() % divisor
    }
}

export default ModuloExpression



/**
 * DivisionExpression 类继承自 CompoundExpression，
 * 用于实现除法表达式的解释操作。
 */
import { CompoundExpression } from '../InterpreterPattern'

class DivisionExpression extends CompoundExpression {
    /**
     * 执行除法操作并返回结果。
     * @returns {number} 两个表达式相除的结果。
     * @throws {Error} 如果除数为零，则抛出错误。
     */
    interpret() {
        // 获取除数并检查是否为零
        const divisor = this.expression2.interpret()
        if (divisor === 0) {
            throw new Error("Division by zero")
        }
        // 计算并返回两个表达式相除的结果
        return this.expression1.interpret() / divisor
    }
}

export default DivisionExpression



/**
 * MultiplicationExpression 类继承自 CompoundExpression，
 * 用于表示乘法运算的表达式。
 */
import { CompoundExpression } from '../InterpreterPattern'

class MultiplicationExpression extends CompoundExpression {
    /**
     * 解释执行乘法运算。
     * @returns {number} 返回两个表达式相乘的结果。
     */
    interpret() {
        // 执行两个子表达式的解释操作，并返回其乘积
        return this.expression1.interpret() * this.expression2.interpret()
    }
}

export default MultiplicationExpression



/**
 * SubtractionExpression 类继承自 CompoundExpression，
 * 用于实现减法运算的解释器模式。
 */
import { CompoundExpression } from '../InterpreterPattern'

class SubtractionExpression extends CompoundExpression {
    /**
     * 执行减法运算并返回结果。
     * @returns {number} 返回两个表达式相减的结果。
     */
    interpret() {
        // 调用两个子表达式的 interpret 方法并执行减法运算
        return this.expression1.interpret() - this.expression2.interpret()
    }
}

export default SubtractionExpression



/**
 * AdditionExpression 类继承自 CompoundExpression，
 * 用于实现解释器模式中的加法表达式解释功能。
 */
import { CompoundExpression } from '../InterpreterPattern'

class AdditionExpression extends CompoundExpression {
    /**
     * 解释执行加法表达式。
     * @returns {number} 表达式的解释结果，即两个表达式结果的和。
     */
    interpret() {
        // 对两个子表达式进行解释，并求和
        return this.expression1.interpret() + this.expression2.interpret()
    }
}

export default AdditionExpression

怎么使用

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/**
 * 导入解释器模式中的加法、乘法函数及数字表达式类
 */
import { add, multiply, NumberExpression } from '../InterpreterPattern'

// 创建一个表达式，该表达式表示 3 加上 5 乘以 2 的结果
const expression = add(
    new NumberExpression(3),
    multiply(
        new NumberExpression(5),
        new NumberExpression(2)
    )
)

// 输出表达式的解释结果
console.log(expression.interpret()) // 输出: 13


场景

  1. 语言解释器

    该模式最典型的应用场景是在编程语言解释器中，例如解释器可以解析并执行自定义的脚本或领域特定语言（DSL）

  2. 正则表达式解析器

    在处理文本搜索、替换或验证等场景中，解释器模式可以用于解析和执行正则表达式

  3. 配置解析器

    当需要解析复杂的配置文件或数据格式时，可以使用解释器模式来实现解析器，例如解析 XML、JSON 等格式

  4. 查询语言解释器

    在数据库查询、搜索引擎等领域，解释器模式可以用于解析用户输入的查询语言，并执行相应的查询操作

  5. 数学表达式求值器

    如前面所示的示例，解释器模式可以用于实现数学表达式的解析和求值


源代码