《解释器模式》｜设计模式系列第24篇

系列：行为型模式 · 解释器模式（Interpreter Pattern）
关键词：语法规则、表达式树、文法解析、递归求值、终结符、非终结符

一、什么是解释器模式

解释器模式（Interpreter Pattern）：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。

属于行为型设计模式。

简单理解：
把一门简易语言的文法拆分为表达式对象，构建抽象语法树。每个表达式对象都拥有 interpret() 求值方法；通过递归调用完成表达式计算。
例子：简单四则运算表达式 10 + 5 - 3，拆成数字终结符表达式、加减非终结符表达式，递归遍历语法树算出结果。

核心意图
将文法规则封装成表达式类，构建语法树，用来解析和计算自定义表达式。

适用场景

需要实现一门简单语言/表达式引擎
文法规则数量有限，且不会频繁大规模变动
脚本引擎、规则表达式、数学表达式解析、SQL解析简化版

⚠️ 缺点预警：文法复杂时，类数量爆炸；递归调用性能较差；复杂文法不推荐手写解释器，优先使用成熟解析库。

二、UML结构图

角色划分：

AbstractExpression（抽象表达式）：定义 interpret() 解释接口
TerminalExpression（终结符表达式）：实现文法中基础元素，叶子节点，无下级表达式
NonTerminalExpression（非终结符表达式）：文法运算规则，持有子表达式，递归解释
Context（上下文）：全局信息，变量、输入、存储解释过程数据
Client（客户端）：构建抽象语法树，调用 interpret()

三、Java 完整示例

场景：简单数字加法运算，计算表达式，代码全部使用英文。

// AbstractExpression
public abstract class Expression {
    public abstract int interpret();
}

// TerminalExpression
public class NumberExpression extends Expression {
    private int value;

    public NumberExpression(int value) {
        this.value = value;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return value;
    }
}

// NonTerminalExpression
public class AddExpression extends Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;

    public AddExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() + right.interpret();
    }
}

public class SubExpression extends Expression {
    private Expression left;
    private Expression right;

    public SubExpression(Expression left, Expression right) {
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return left.interpret() - right.interpret();
    }
}

// Client
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // Build expression: 10 + 5 - 3
        Expression num10 = new NumberExpression(10);
        Expression num5 = new NumberExpression(5);
        Expression num3 = new NumberExpression(3);

        Expression add = new AddExpression(num10, num5);
        Expression sub = new SubExpression(add, num3);

        int result = sub.interpret();
        System.out.println("Result = " + result);
    }
}

运行输出：

Result = 12

四、优缺点总结

✅ 优点

文法规则独立封装，新增文法只需新增表达式类，符合开闭原则
表达式语法树结构直观，便于扩展简单语法
解释逻辑分散到各个表达式类，单一职责

❌ 缺点

文法复杂会产生大量表达式类，类膨胀
递归解释，性能较差，深度大容易栈溢出
维护复杂文法成本高

五、框架源码应用

Spring EL（Spring Expression Language）底层思想
MyBatis ${} 动态SQL表达式解析
OGNL 表达式引擎

六、小结

解释器模式核心：把文法拆成终结符、非终结符表达式，构建语法树，递归调用 interpret 完成表达式求值。
⚠️ 使用限制：只适合简单文法；业务开发极少手写，复杂表达式直接使用成熟表达式引擎。