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.Net行為型設(shè)計(jì)模式之解釋器模式（Interpreter）

更新時(shí)間：2022年05月26日 14:32:50 作者：springsnow

這篇文章介紹了.Net行為型設(shè)計(jì)模式之解釋器模式（Interpreter），文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

一、動(dòng)機(jī)（Motivate）

在軟件構(gòu)建過程中，如果某一特定領(lǐng)域的問題比較復(fù)雜，類似的模式不斷重復(fù)出現(xiàn)，如果使用普通的編程方式來實(shí)現(xiàn)將面臨非常頻繁的變化。在這種情況下，將特定領(lǐng)域的問題表達(dá)為某種語(yǔ)法規(guī)則下的句子，然后構(gòu)建一個(gè)解釋器來解釋這樣的句子，從而達(dá)到解決問題的目的。

二、意圖（Intent）

給定一個(gè)語(yǔ)言，定義它的文法的一種表示，并定義一種解釋器，這個(gè)解釋器使用該表示來解釋語(yǔ)言中的句子。 ——《設(shè)計(jì)模式》GoF

三、結(jié)構(gòu)圖（Structure）

四、模式的組成

可以看出，在解釋器模式的結(jié)構(gòu)圖有以下角色：
（1）、抽象表達(dá)式(AbstractExpression)：定義解釋器的接口，約定解釋器的解釋操作。其中的Interpret接口，正如其名字那樣，它是專門用來解釋該解釋器所要實(shí)現(xiàn)的功能。
（2）、終結(jié)符表達(dá)式(Terminal Expression)：實(shí)現(xiàn)了抽象表達(dá)式角色所要求的接口，主要是一個(gè)interpret()方法；文法中的每一個(gè)終結(jié)符都有一個(gè)具體終結(jié)表達(dá)式與之相對(duì)應(yīng)。比如有一個(gè)簡(jiǎn)單的公式R=R1+R2，在里面R1和R2就是終結(jié)符，對(duì)應(yīng)的解析R1和R2的解釋器就是終結(jié)符表達(dá)式。
（3）、非終結(jié)符表達(dá)式(Nonterminal Expression)：文法中的每一條規(guī)則都需要一個(gè)具體的非終結(jié)符表達(dá)式，非終結(jié)符表達(dá)式一般是文法中的運(yùn)算符或者其他關(guān)鍵字，比如公式R=R1+R2中，“+”就是非終結(jié)符，解析“+”的解釋器就是一個(gè)非終結(jié)符表達(dá)式。
（4）、環(huán)境角色(Context)：這個(gè)角色的任務(wù)一般是用來存放文法中各個(gè)終結(jié)符所對(duì)應(yīng)的具體值，比如R=R1+R2，我們給R1賦值100，給R2賦值200。這些信息需要存放到環(huán)境角色中，很多情況下我們使用Map來充當(dāng)環(huán)境角色就足夠了。
（5）、客戶端（Client）：指的是使用解釋器的客戶端，通常在這里將按照語(yǔ)言的語(yǔ)法做的表達(dá)式轉(zhuǎn)換成使用解釋器對(duì)象描述的抽象語(yǔ)法樹，然后調(diào)用解釋操作。

五、解釋器模式的代碼實(shí)現(xiàn)

在很多場(chǎng)合都需要把數(shù)字轉(zhuǎn)換成中文，我們就可以使用解釋器來實(shí)現(xiàn)該功能，把給定的數(shù)字解釋成符合語(yǔ)法規(guī)范的漢字表示法。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

static void Main(string[] args)
{
    string roman = "五億七千三百零二萬(wàn)六千四百五十二";
    //分解：((五)億)((七千)(三百)(零)(二)萬(wàn))
    //((六千)(四百)(五十)(二))

    Context context = new Context(roman);
    ArrayList tree = new ArrayList();

    tree.Add(new GeExpression());
    tree.Add(new ShiExpression());
    tree.Add(new BaiExpression());
    tree.Add(new QianExpression());
    tree.Add(new WanExpression());
    tree.Add(new YiExpression());

    foreach (Expression exp in tree)
    {
        exp.Interpreter(context);
    }

    Console.Write(context.Data);
}
// 抽象表達(dá)式
public abstract class Expression
{
    protected Dictionary<string, int> table = new Dictionary<string, int>(9);

    protected Expression()
    {
        table.Add("一", 1);
        table.Add("二", 2);
        table.Add("三", 3);
        table.Add("四", 4);
        table.Add("五", 5);
        table.Add("六", 6);
        table.Add("七", 7);
        table.Add("八", 8);
        table.Add("九", 9);
    }

    public virtual void Interpreter(Context context)
    {
        if (context.Statement.Length == 0)
        {
            return;
        }

        foreach (string key in table.Keys)
        {
            int value = table[key];

            if (context.Statement.EndsWith(key + GetPostFix()))
            {
                context.Data += value * this.Multiplier();
                context.Statement = context.Statement.Substring(0, context.Statement.Length - this.GetLength());
            }
            if (context.Statement.EndsWith("零"))
            {
                context.Statement = context.Statement.Substring(0, context.Statement.Length - 1);
            }
        }
    }

    public abstract string GetPostFix();

    public abstract int Multiplier();

    //這個(gè)可以通用，但是對(duì)于個(gè)位數(shù)字例外，所以用虛方法
    public virtual int GetLength()
    {
        return this.GetPostFix().Length + 1;
    }
}

//個(gè)位表達(dá)式
public sealed class GeExpression : Expression
{
    public override string GetPostFix()
    {
        return "";
    }

    public override int Multiplier()
    {
        return 1;
    }

    public override int GetLength()
    {
        return 1;
    }
}

//十位表達(dá)式
public sealed class ShiExpression : Expression
{
    public override string GetPostFix()
    {
        return "十";
    }

    public override int Multiplier()
    {
        return 10;
    }
}

//百位表達(dá)式
public sealed class BaiExpression : Expression
{
    public override string GetPostFix()
    {
        return "百";
    }

    public override int Multiplier()
    {
        return 100;
    }
}

//千位表達(dá)式
public sealed class QianExpression : Expression
{
    public override string GetPostFix()
    {
        return "千";
    }

    public override int Multiplier()
    {
        return 1000;
    }
}

//萬(wàn)位表達(dá)式
public sealed class WanExpression : Expression
{
    public override string GetPostFix()
    {
        return "萬(wàn)";
    }

    public override int Multiplier()
    {
        return 10000;
    }

    public override void Interpreter(Context context)
    {
        if (context.Statement.Length == 0)
        {
            return;
        }

        ArrayList tree = new ArrayList();

        tree.Add(new GeExpression());
        tree.Add(new ShiExpression());
        tree.Add(new BaiExpression());
        tree.Add(new QianExpression());

        foreach (string key in table.Keys)
        {
            if (context.Statement.EndsWith(GetPostFix()))
            {
                int temp = context.Data;
                context.Data = 0;

                context.Statement = context.Statement.Substring(0, context.Statement.Length - this.GetLength());

                foreach (Expression exp in tree)
                {
                    exp.Interpreter(context);
                }
                context.Data = temp + context.Data * this.Multiplier();
            }
        }
    }
}

//億位表達(dá)式
public sealed class YiExpression : Expression
{
    public override string GetPostFix()
    {
        return "億";
    }

    public override int Multiplier()
    {
        return 100000000;
    }

    public override void Interpreter(Context context)
    {
        ArrayList tree = new ArrayList();

        tree.Add(new GeExpression());
        tree.Add(new ShiExpression());
        tree.Add(new BaiExpression());
        tree.Add(new QianExpression());

        foreach (string key in table.Keys)
        {
            if (context.Statement.EndsWith(GetPostFix()))
            {
                int temp = context.Data;
                context.Data = 0;
                context.Statement = context.Statement.Substring(0, context.Statement.Length - this.GetLength());

                foreach (Expression exp in tree)
                {
                    exp.Interpreter(context);
                }
                context.Data = temp + context.Data * this.Multiplier();
            }
        }
    }
}

//環(huán)境上下文
public sealed class Context
{
    private string _statement;
    private int _data;

    public Context(string statement)
    {
        this._statement = statement;
    }

    public string Statement
    {
        get { return this._statement; }
        set { this._statement = value; }
    }

    public int Data
    {
        get { return this._data; }
        set { this._data = value; }
    }
}

六、解釋器模式的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：

使用Interpreter模式來表示文法規(guī)則，從而可以使用面向?qū)ο蠹记煞奖愕?ldquo;擴(kuò)展”文法。
Interpreter模式比較適合簡(jiǎn)單的文法表示，對(duì)于復(fù)雜的文法表示，Interpreter模式會(huì)產(chǎn)生比較大的類層次結(jié)構(gòu)，需要求助于語(yǔ)法分析生成器這樣的標(biāo)準(zhǔn)工具。

1、解釋器模式的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1】、易于改變和擴(kuò)展文法。
2】、每一條文法規(guī)則都可以表示為一個(gè)類，因此可以方便地實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)言。
3】、實(shí)現(xiàn)文法較為容易。在抽象語(yǔ)法樹中每一個(gè)表達(dá)式節(jié)點(diǎn)類的實(shí)現(xiàn)方式都是相似的，這些類的代碼編寫都不會(huì)特別復(fù)雜，還可以通過一些工具自動(dòng)生成節(jié)點(diǎn)類代碼。
4】、增加新的解釋表達(dá)式較為方便。如果用戶需要增加新的解釋表達(dá)式只需要對(duì)應(yīng)增加一個(gè)新的終結(jié)符表達(dá)式或非終結(jié)符表達(dá)式類，原有表達(dá)式類代碼無(wú)須修改，符合“開閉原則”

2、解釋器模式的主要缺點(diǎn)有：

1】、對(duì)于復(fù)雜文法難以維護(hù)。在解釋器模式中，每一條規(guī)則至少需要定義一個(gè)類，因此如果一個(gè)語(yǔ)言包含太多文法規(guī)則，類的個(gè)數(shù)將會(huì)急劇增加，導(dǎo)致系統(tǒng)難以管理和維護(hù)，此時(shí)可以考慮使用語(yǔ)法分析程序等方式來取代解釋器模式。
2】、執(zhí)行效率較低。由于在解釋器模式中使用了大量的循環(huán)和遞歸調(diào)用，因此在解釋較為復(fù)雜的句子時(shí)其速度很慢，而且代碼的調(diào)試過程也比較麻煩。

3、在下面的情況下可以考慮使用解釋器模式：

Interpreter模式的應(yīng)用場(chǎng)合是Interpreter模式應(yīng)用中的難點(diǎn)，只有滿足“業(yè)務(wù)規(guī)則頻繁變化，且類似的模式不斷重復(fù)出現(xiàn)，并且容易抽象為語(yǔ)法規(guī)則的問題”才適合使用Interpreter模式。
1】、當(dāng)一個(gè)語(yǔ)言需要解釋執(zhí)行，并可以將該語(yǔ)言中的句子表示為一個(gè)抽象語(yǔ)法樹的時(shí)候，可以考慮使用解釋器模式（如XML文檔解釋、正則表達(dá)式等領(lǐng)域）
2】、一些重復(fù)出現(xiàn)的問題可以用一種簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來進(jìn)行表達(dá)。
3】、一個(gè)語(yǔ)言的文法較為簡(jiǎn)單.
4】、當(dāng)執(zhí)行效率不是關(guān)鍵和主要關(guān)心的問題時(shí)可考慮解釋器模式（注：高效的解釋器通常不是通過直接解釋抽象語(yǔ)法樹來實(shí)現(xiàn)的，而是需要將它們轉(zhuǎn)換成其他形式，使用解釋器模式的執(zhí)行效率并不高。）

七、.NET 解釋器模式的實(shí)現(xiàn)

正則表達(dá)式就是一個(gè)典型的解釋器。ASP.NET中，把a(bǔ)spx文件轉(zhuǎn)化為dll時(shí)，會(huì)對(duì)html語(yǔ)言進(jìn)行處理，這個(gè)處理過程也包含了解釋器的模式在里面。Interpreter模式其實(shí)有Composite模式的影子，但它們解決的問題是不一樣的。

八、總結(jié)

（1）解釋器和組合模式：這兩種可以組合使用，一般非終結(jié)符解釋器相當(dāng)于組合模式中的組合對(duì)象，終結(jié)符解釋器相當(dāng)于葉子對(duì)象。
（2）解釋器模式和迭代器模式：由于解釋器模式通常使用組合模式來實(shí)現(xiàn)，因此在遍歷整個(gè)對(duì)象結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用迭代器模式。
（3）解釋器模式和享元模式：在使用解釋器模式的時(shí)候，可能會(huì)造成多個(gè)細(xì)粒度對(duì)象，如各式各樣的終結(jié)符解釋器，而這些終結(jié)符解釋器對(duì)不同的表達(dá)式來說是一樣的，是可以共用的，因此可以引入享元模式來共享這些對(duì)象。
（4）解釋器模式和訪問者模式：在解釋器模式中，語(yǔ)法規(guī)則和解釋器對(duì)象是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的。語(yǔ)法規(guī)則的變動(dòng)意味著功能的變化。自然會(huì)導(dǎo)致使用不同的解釋器對(duì)象；而且一個(gè)語(yǔ)法規(guī)由可以被不同的解釋器解釋執(zhí)行。因此在構(gòu)建抽象語(yǔ)法樹的時(shí)候，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的解釋器對(duì)象是固定的，這意味著該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功能是固定的，那么就不得不根據(jù)需要來構(gòu)建不同的抽象語(yǔ)法樹。為了讓構(gòu)建的抽象語(yǔ)法樹較為通用，那就要求解釋器的功能不要那么固定，要能很方便地改變解釋器的功能，這個(gè)時(shí)候就變成了如何能夠很方便地更改樹形結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)對(duì)象的功能了，訪問者模式可以很好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

到此這篇關(guān)于.Net行為型設(shè)計(jì)模式之解釋器模式（Interpreter）的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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