深入解析解释器模式：从原理到实战
在软件开发中，我们经常需要解析特定的语言或表达式，例如：
- 数学表达式（计算
2 + 3 * 5）。 - SQL 解析（解析
SELECT * FROM users WHERE age > 18）。 - 正则表达式（匹配字符串模式）。
- 自定义 DSL（领域特定语言）（如 Spring EL 表达式）。
这些场景都涉及 将文本转换为可执行逻辑，而这正是 解释器模式（Interpreter Pattern） 解决的问题。
📌 1. 什么是解释器模式？
解释器模式（Interpreter Pattern）是一种 行为型设计模式，用于定义一种语言的语法，并提供解释这些语法的解释器。
💡 一句话概括：如果你的程序需要解析和执行某种语言（或类语言）表达式，解释器模式就是一个很好的选择！
📜 经典案例：数学表达式计算
- 需求：解析并计算数学表达式
"2 + 3 * 5"。 - 方案：使用解释器模式，将表达式拆分为 终结符（数字） 和 非终结符（操作符），然后逐层解析并计算结果。
📌 2. 解释器模式的核心概念
解释器模式通常包含以下组件：
- 抽象表达式（Expression）：定义解释器的接口。
- 终结符表达式（TerminalExpression）：表示表达式中的具体值（如数字）。
- 非终结符表达式（NonTerminalExpression）：表示运算符（如加法、乘法）。
- 上下文（Context）：存储解释器运行时的环境信息。
- 客户端（Client）：构建语法树，并调用解释方法。
📌 3. 代码实战：数学表达式解析器
🎯 目标：解析和计算简单的数学表达式
示例表达式：2 + 3 * 5，按运算符优先级，结果应为 2 + (3 * 5) = 17。
🖥️ 代码实现
import java.util.Map;
// 1️⃣ 抽象表达式（Expression）
interface Expression {
int interpret(Map<String, Integer> context);
}
// 2️⃣ 终结符表达式（数字）
class NumberExpression implements Expression {
private final int number;
public NumberExpression(int number) {
this.number = number;
}
@Override
public int interpret(Map<String, Integer> context) {
return number;
}
}
// 3️⃣ 非终结符表达式（加法）
class AddExpression implements Expression {
private final Expression left, right;
public AddExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public int interpret(Map<String, Integer> context) {
return left.interpret(context) + right.interpret(context);
}
}
// 4️⃣ 非终结符表达式（乘法）
class MultiplyExpression implements Expression {
private final Expression left, right;
public MultiplyExpression(Expression left, Expression right) {
this.left = left;
this.right = right;
}
@Override
public int interpret(Map<String, Integer> context) {
return left.interpret(context) * right.interpret(context);
}
}
// 5️⃣ 客户端代码
public class InterpreterPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
// 表达式：2 + 3 * 5
Expression num2 = new NumberExpression(2);
Expression num3 = new NumberExpression(3);
Expression num5 = new NumberExpression(5);
Expression multiply = new MultiplyExpression(num3, num5); // 3 * 5
Expression add = new AddExpression(num2, multiply); // 2 + (3 * 5)
// 计算并输出结果
System.out.println("结果: " + add.interpret(Map.of())); // 结果: 17
}
}
📢 代码解析
NumberExpression负责解析数字。AddExpression负责解析+运算。MultiplyExpression负责解析*运算，并保证 乘法优先级高于加法。- 构建 AST（抽象语法树） 来解析
2 + 3 * 5，计算结果17。
📌 4. 解释器模式的应用场景
✅ 适用场景
解释器模式适用于 语言解析、规则匹配、计算表达式 等场景：
- 数学计算（如计算器）
- SQL 解析（如 MyBatis 的 SQL 语法解析器）
- 正则表达式（如
Pattern.compile()） - 领域特定语言（DSL）（如 Spring EL 表达式）
- 脚本语言解析（如 Groovy、JS 解析器）
❌ 不适用场景
解释器模式适用于小规模解析任务，但对于复杂语言（如 Java、Python 解析器），其 效率较低，一般采用 编译器技术（如 ANTLR、Lex、YACC）。
📌 5. 解释器模式在 JDK 和 Spring 中的应用
🚀 1. 在 JDK 中
Java 内部使用了解释器模式来解析 正则表达式：
Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+"); // 解析整数
Matcher matcher = pattern.matcher("12345");
System.out.println(matcher.matches()); // true
Pattern.compile() 就是一个 解释器，它将 正则表达式转换为可执行的匹配逻辑。
🌱 2. 在 Spring 中
Spring 使用解释器模式解析 Spring EL（表达式语言）：
ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
Expression exp = parser.parseExpression("10 * (2 + 3)");
Integer result = exp.getValue(Integer.class);
System.out.println(result); // 50
Spring EL 允许动态解析 数学运算、Bean 访问、方法调用，是 Spring AOP、Spring Security 规则解析的重要基础。
📌 6. 解释器模式的优缺点
✅ 优点
- 代码可扩展性强：新规则可通过扩展
Expression轻松添加。 - 符合开闭原则：不同表达式逻辑封装在不同类中，修改影响较小。
- 可读性好：语法规则清晰，易于维护。
❌ 缺点
- 性能较低：对于复杂表达式，递归解析 AST 可能导致性能瓶颈。
- 不适合大型语言解析：解析 Java / Python 代码通常使用 ANTLR 而非解释器模式。
- 类爆炸：复杂语法需要大量
Expression相关类，增加维护成本。
📌 7. 总结
- 解释器模式用于解析和执行特定语言（表达式），如数学计算、DSL、正则表达式。
- 核心组件包括 Expression、终结符表达式、非终结符表达式、上下文等。
- 适用于小规模解析任务，复杂语言解析需借助编译器工具。
- 在 JDK（正则表达式）和 Spring（SpEL 解析）中广泛应用。
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