精读《设计模式 - Interpreter 解释器模式》

Interpreter（解释器模式）

Interpreter（解释器模式）属于行为型模式。

意图：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器。这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

任何一门语言，无论是日常语言还是编程语言都有明确的语法，只要有语法就可以用文法描述，并通过语法解释器将字符串的语言结构化。

举例子

如果看不懂上面的意图介绍，没有关系，设计模式需要在日常工作里用起来，结合例子可以加深你的理解，下面我准备了三个例子，让你体会什么场景下会用到这种设计模式。

SQL 解释器

SQL 是一种描述语言，所以也适用于解释器模式。不同的 SQL 方言有不同的语法，我们可以根据某种特定的 SQL 方言定制一套适配它的文法表达式，再利用 antlr 解析为一颗语法书。在这个例子中，antlr 就是解释器。

代码编译器

程序语言也因为其天然是字符串的原因，和 SQL、日常语言都类似，需要一种模式解析后才能工作。不同的语言有不同的文法表示，我们只需要一个类似 antlr 的通用解释器，通过传入不同的文法表示，返回不同的对象结构。

自然语言处理

自然语言处理也是解释器的一种，首先自然语言处理一般只能处理日常语言的子集，因此先定义好支持的范围，再定义一套分词系统与文法表达式，并将分词后的结果传入灌入了此文法表达式的解释器，这样解释器可以返回结构化数据，根据结构化数据再进行分析与加工。

意图解释

意图：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器。这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

对于给定的语言，可以是 SQL、代码或自然语言，“定义它的文法的一种表示” 即文法可以有多种表示，只需定义一种。要注意的是，不同文法执行效率会有差异。

“并定义一个解释器”，这个解释器就是类似 antlr 的东西，传给它一个文法表达式，就可以解析句子了。即：解释器(语言, 文法) = 抽象语法树。

我们可以直接把文法定义耦合到解释器里，但这样做会导致语法复杂时，解释器难以维护。比较好的方式是定义一套与解释器解耦的文法表达式，通过预处理器最终生成解释器。

结构图

Context 是其他上下文变量，AbstractExpression 是抽象语法表达式。

可以看到，TerminalExpression（终结符）与 NonterminalExpression(非终结符) 都继承于 AbstractExpression，终结符指的是没有后续展开的符号，非终结符相反，所以非终结符又指向了 AbstractExpression，如此递归。

代码例子

下面例子使用 typescript 编写。

假设我们要实现以下文法：

sum    ::= number + number
number ::= 1 | 2

表达一个最简单的加法文法，其中加法表达式 sum 和 number 都是非终结符，而 +、1、2 是终结符。这个例子只能做到 1 与 2 的加法，通过这个简单例子，了解一下解释器模式的精髓吧：

// 抽象表达式
class AbstractExpression {
  interpret (text: string) {}
}

// 终结符表达式
class TerminalExpression extends AbstractExpression {
  constructor(values: string[]) {
    this.values = values
  }

  interpret(value: string) {
    // 值必须是其中之一
    return this.values.includes(value)
  }
}

// 非终结符表达式
class NonterminalExpression extends AbstractExpression {
  constructor(left: TerminalExpression, right: TerminalExpression) {
    this.left = left
    this.right = right
  }

  interpret(value: string) {
    if (value.indexOf("+") === -1) {
      // 必须包含 + 号
      return false
    }

    const splitValue = value.split('+')

    return this.left.interpret(splitValue[0]) 
      && this.right.interpret(splitValue[1])
  }
}

// 调用
const context = new Context()
const terminal = new TerminalExpression(["1", "2"])
const add = new AddExpression(terminal, terminal)

add.interpreter("1 + 1") // true
add.interpreter("1 + 2") // true
add.interpreter("1 + 3") // false
add.interpreter("2 - 1") // false

遇到非终结符则继续调用，只有终结符才能直接判断，原理很简单。

弊端

上面的例子是比较低效场景，因为当语法复杂后，类的数目会明显增多，难以维护，此时需要用一个通用语法解析器，了解更多可以看笔者之前的文章：精读《手写 SQL 编译器 - 语法分析》 系列。

总结

解释器是一种思维，将复杂语法解析抽象为一个个独立的终结符与非终结符各自判断，只要每个文法自己的判断做好了，剩下的工作就是组装文法。

这种将单个逻辑判断与文法组装解耦的做法，可以使逻辑判断与文法组装独立变换，使复杂语法解析转化为一个个具体的简单问题。

讨论地址是：精读《设计模式 - Interpreter 解释器模式》· Issue #296 · dt-fe/weekly

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