解譯器模式 (Interpreter Pattern)

解譯器模式簡單來說就是把一句有特殊規則的語句，透過解釋器將它真正的意思表現出來。相信有學過 Context-free grammar (CFG)，Backus–Naur form (BNF)，或是 Compiler 相關程的人會比較了解這個模式 (不是我，我早就忘光了…)。不知道上面術語的人，還是可以透過接下來的介紹來稍微了解這個模式。先來看一下這個模式的正式定義及類別圖：

定義一個語言與其文法，使用一個解譯器來表示這個語言的敘述

Given a language, define a representation for its grammar along with an interpreter that uses the representation to interpret sentences in the language

Context 通常是指待解譯的語句
AbstractExpression 是所有規則都要實作的介面
TerminalExpression 是指無法再展開的規則，算是最小單位的規則
NonterminalExpression 是指可以再展開的規則，可以展開成 NonterninalExpression 和 TerminalExpression 的組合

從類別圖可以看到，語法可能可以一直展開，這時就可以用語法樹來表示，而語法樹以程式來表達的話，就可以使用合成模式。而通常比較正式的語法會用 BNF 來表示，如下：

expression ::= plus | minus | variable | number

plus ::= expression expression '+'

minus ::= expression expression '-'

variable ::= 'a' | 'b' | 'c' | ... | 'z'

digit = '0' | '1' | ... | '9'

number ::= digit | digit number

而每個語法都會定義一個類別，如 plus，minus，variable，number。但這篇文章主要是介紹解譯器模式，因此不會深入討論如何定義正式的語法。

接著來看個簡單的例子吧 (真的是很簡單…)。假設你有一個語句如 a123 或是 B456，你的解譯器當看到第一個字是字母且第一個字母是小寫時，要把句子後面的數字乘以 2。當第一個字是字母且第一個字母是大寫時，要把後面的數字除以 2，程式碼可以如以下表示：

// 存放要解譯的語句
public class Context {

    private String mContext;
    public Context(String str)
    {
        mContext = str;
    }

    public String getContext()
    {
        return mContext
    }
}

// 解譯器要實作的介面
public interface Expression
{
    public int interpret(String expression);
}

// 解譯第一個字母是小寫的語句的解譯器
public class ExpressionImplA implements Expression
{
    @Override
    public int interpret(String expression)
    {
        String str = expression.substring(1, expression.length())
        return Integer.valueOf(str) * 2;
    }
}

// 解譯第一個字母是大寫的語句的解譯器
public class ExpressionImplB implements Expression
{
    @Override
    public int interpret(String expression)
    {
        String str = expression.substring(1, expression.length())
        return Integer.valueOf(str) / 2;
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args)
    {
        Context context = new Context("a123 B456");
        Expression expression = null;
        for(String sentence : context.getContext().split(" "))
        {
            String first = sentence.substring(0, 1);
            if(first.matches("[a-z]"))
            {
                expression = new ExpressionImplA();
            }
            else
            {
                expression = new ExpressionImplB();
            }

            /*
             * 會輸出：
             * 246
             * 228
             */
            System.out.println(expression.interpret(sentence));
        }
    }
}

最後簡單說明一下這個模式的優缺點吧。解釋器模式的特性就是每個語法規則都設計相對應的類別，除了方便實踐語法外，也容易改變或擴充語法，因此當你需要實踐一個簡單語言時，而且簡單比效率重要時，就適合使用這個模式。不過缺點就是語法規則多，語法變得複雜時，類別也相對的會變多，這時候使用剖析器 / 編譯器的產生器會比較適合。

在實際應用上，Java 的 Pattern 跟 SimpleDateFormate 算是有用到這個模式，有興趣的以參考看看。

參考資料

深入淺出設計模式(Head First Design Patterns)

Interpreter pattern

設計模式：解釋器模式 (Interpreter Pattern)

解譯器模式 Interpreter Pattern

深入浅出设计模式——解释器模式（Interpreter Pattern）