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行为型模式之解释器模式

2020-11-06 21:35:13 程序猿欧文

在软件开发中,会遇到有些问题多次重复出现,而且有一定的相似性和规律性。如果将它们归纳成一种简单的语言,那么这些问题实例将是该语言的一些句子,这样就可以用“编译原理”中的解释器模式来实现了。虽然使用解释器模式的实例不是很多,但对于满足以上特点,且对运行效率要求不是很高的应用实例,如果用解释器模式来实现,其效果是非常好的,本文将介绍其工作原理与使用方法。解释器(Interpreter)模式的定义:给分析对象定义一个语言,并定义该语言的文法表示,再设计一个解析器来解释语言中的句子。也就是说,用编译语言的方式来分析应用中的实例。这种模式实现了文法表达式处理的接口,该接口解释一个特定的上下文。

目录

  • 定义与特点
  • 结构与实现
    • 模式的结构
    • 模式的实现
  • 应用场景
  • 扩展:Expression 表达式树和Flee

在软件开发中,会遇到有些问题多次重复出现,而且有一定的相似性和规律性。如果将它们归纳成一种简单的语言,那么这些问题实例将是该语言的一些句子,这样就可以用“编译原理”中的解释器模式来实现了。

虽然使用解释器模式的实例不是很多,但对于满足以上特点,且对运行效率要求不是很高的应用实例,如果用解释器模式来实现,其效果是非常好的,本文将介绍其工作原理与使用方法。

定义与特点

解释器(Interpreter)模式的定义:给分析对象定义一个语言,并定义该语言的文法表示,再设计一个解析器来解释语言中的句子。也就是说,用编译语言的方式来分析应用中的实例。这种模式实现了文法表达式处理的接口,该接口解释一个特定的上下文。

这里提到的文法和句子的概念同编译原理中的描述相同,“文法”指语言的语法规则,而“句子”是语言集中的元素。例如,汉语中的句子有很多,“我是中国人”是其中的一个句子,可以用一棵语法树来直观地描述语言中的句子。

解释器模式是一种类行为型模式,其主要优点如下:

  • 扩展性好:由于在解释器模式中使用类来表示语言的文法规则,因此可以通过继承等机制来改变或扩展文法。
  • 容易实现:在语法树中的每个表达式节点类都是相似的,所以实现其文法较为容易。

解释器模式的主要缺点如下:

  • 执行效率较低:解释器模式中通常使用大量的循环和递归调用,当要解释的句子较复杂时,其运行速度很慢,且代码的调试过程也比较麻烦。
  • 会引起类膨胀:解释器模式中的每条规则至少需要定义一个类,当包含的文法规则很多时,类的个数将急剧增加,导致系统难以管理与维护。
  • 可应用的场景比较少:在软件开发中,需要定义语言文法的应用实例非常少,所以这种模式很少被使用到。

结构与实现

解释器模式常用于对简单语言的编译或分析实例中,为了掌握好它的结构与实现,必须先了解编译原理中的“文法、句子、语法树”等相关概念。

文法:文法是用于描述语言的语法结构的形式规则。没有规矩不成方圆,任何事情都要有规则,语言也一样,不管它是机器语言还是自然语言,都有它自己的文法规则。例如,中文中的“句子”的文法如下:

〈句子〉::=〈主语〉〈谓语〉〈宾语〉〈主语〉::=〈代词〉|〈名词〉〈谓语〉::=〈动词〉〈宾语〉::=〈代词〉|〈名词〉〈代词〉你|我|他〈名词〉7大学生I筱霞I英语〈动词〉::=是|学习

注:这里的符号“::=”表示“定义为”的意思,用“〈”和“〉”括住的是非终结符,没有括住的是终结符。

句子:句子是语言的基本单位,是语言集中的一个元素,它由终结符构成,能由“文法”推导出。例如,上述文法可以推出“我是大学生”,所以它是句子。

语法树:语法树是句子结构的一种树型表示,它代表了句子的推导结果,它有利于理解句子语法结构的层次。下图所示是“我是大学生”的语法树:

有了以上基础知识,现在来介绍解释器模式的结构就简单了。解释器模式的结构与组合模式相似,不过其包含的组成元素比组合模式多,而且组合模式是对象结构型模式,而解释器模式是类行为型模式。

模式的结构

解释器模式包含以下主要角色:

  • 抽象表达式(Abstract Expression)角色:定义解释器的接口,约定.........

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