重温设计模式 --- 解释器模式

引言

解释器模式是一种行为型设计模式，它允许你定义一个语言的文法，并且定义一个解释器来解释该语言中的句子。该模式可以用于编写编译器、计算器、查询语言等应用程序。

解释器模式中有以下三个主要角色：

  • 抽象表达式（Abstract Expression）：它是所有表达式的抽象基类，它声明了一个Interpret方法，用于解释表达式。

  • 终结符表达式（Terminal Expression）：它实现了抽象表达式中的 Interpret方法，并且代表语言中的终结符（即不再需要解释的元素）。

  • 非终结符表达式（Nonterminal Expression）：它也实现了抽象表达式中的Interpret方法，但它代表语言中的非终结符（即需要解释的元素），通常会由多个终结符表达式和/或其他非终结符表达式组合而成。

  • 上下文（Content）：包含解释器的全局信息。

下面使用c#实现一个简单解释器模式：

定义抽象表达式类

定义抽象表达式类（AbstractExpression），它包含一个 Interpret 方法，该方法将接受一个 Context 对象，并使用该对象来解释语言中的句子。

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public abstract class AbstractExpression
{
    public abstract int Interpret(Context context);
}

定义终结符表达式类

定义终结符表达式类（TerminalExpression），它实现了抽象表达式类中的 Interpret 方法，并且表示语言中的终结符（即不再需要解释的元素）。在该类中，我们使用 Context 对象来获取终结符的值。

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public class TerminalExpression : AbstractExpression
{
    private string _variable;

    public TerminalExpression(string variable)
    {
        _variable = variable;
    }

    public override int Interpret(Context context)
    {
        return context.GetValue(_variable);
    }
}

定义非终结符表达式类

定义非终结符表达式类（NonterminalExpression），它也实现了抽象表达式类中的 Interpret 方法，但它代表语言中的非终结符（即需要解释的元素）。在该类中，我们使用左右两个表达式来计算表达式的值。

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public class NonterminalExpression : AbstractExpression
{
    private AbstractExpression _leftExpression;
    
    private AbstractExpression _rightExpression;

    public NonterminalExpression(AbstractExpression leftExpression, AbstractExpression rightExpression)
    {
        _leftExpression = leftExpression;
        
        _rightExpression = rightExpression;
    }

    public override int Interpret(Context context)
    {
        int leftValue = _leftExpression.Interpret(context);
        
        int rightValue = _rightExpression.Interpret(context);
        
        return leftValue + rightValue;
    }
}

定义上下文类

定义一个Context类，它保存着当前语言的状态，并且提供一些方法来获取变量的值。

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public class Context
{
    private Dictionary<string, int> _variables = new Dictionary<string, int>();

    public void SetVariable(string variable, int value)
    {
        _variables[variable] = value;
    }

    public int GetValue(string variable)
    {
        return _variables[variable];
    }
}

调用时，构建一个语法树，并且使用 Context 对象来解释句子：

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new Context();
context.SetVariable("a", 10);
context.SetVariable("b", 5);
context.SetVariable("c", 15);

AbstractExpression expression = new NonterminalExpression(
    new TerminalExpression("a"),
    new NonterminalExpression(
        new TerminalExpression("b"),
        new TerminalExpression("c")
    )
);

int result = expression.Interpret(context);
Console.WriteLine(result); // 输出：30

上面的示例中我们定义了一个简单的语言，它只包含加法运算。我们通过构建一个语法树，并调用解释器来解释语言中的句子，从而实现了解释器模式。

结论

解释器模式允许你定义一个语言的语法，并且定义一个解释器来解释该语言中的句子。它可以灵活地扩展语言的语法，只需要添加新的抽象表达式和终止符表达式即可。但是它因为在解释过程中需要对语法树进行遍历，可能会降低程序的性能。