27. 解释器模式

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2026-03-29

定义

解释器模式（interpreter），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。

人话：解释器模式就像正则表达式匹配字符串的过程。比如你要校验一个字符串是不是合法的邮箱、手机号，或者从一段文本中提取特定格式的数据，这时候就会用到正则表达式。

如果不用解释器模式来设计，就相当于你每次都手写一堆判断逻辑，比如：

先判断有没有 @
再判断前面是不是字母或数字
再判断后面是不是域名格式
还要考虑各种边界情况

这些判断通常会写成一大堆 if-else，不仅复杂，而且一旦规则变化（比如邮箱规则调整），就需要到处修改代码。这在软件中就属于规则分散、逻辑混乱、难以维护。

而使用解释器模式之后，就相当于把这些规则抽象成一套“语法”，也就是正则表达式，比如：

\d+ → 表示一个或多个数字
[a-zA-Z]+ → 表示字母
\w+@\w+.\w+ → 表示一个简单的邮箱规则

然后解释器会把这个表达式解析成一棵“语法树”，再按照规则一步步去匹配输入的字符串。

这样一来：

每一段规则（数字、字母、符号）就是一个“表达式”（Expression）
多个规则组合起来形成完整的匹配逻辑（语法结构）
解释器负责按照规则去解析和执行

比如：

正则 \d{3}-\d

→ 表示“3位数字-4位数字”
→ 输入 123-4567 → 匹配成功
→ 输入 12-4567 → 匹配失败

在软件中也是一样：解释器模式就是把复杂的规则表达成一种“语言”，再用程序去解释执行这门语言。这样当规则变化时，只需要修改“表达式”（比如正则），而不需要改底层代码，从而让系统更加灵活、清晰、易扩展。

解释器模式（interpreter）结构图

AbstractExpression类——抽象表达式：

// AbstractExpression（抽象表达式）
abstract class AbstractExpression
{
    // 解释操作
    public abstract void Interpret(Context context);
}

TerminalExpression类——终结符表达式：

// TerminalExpression（终结符表达式）
class TerminalExpression : AbstractExpression
{
    public override void Interpret(Context context)
    {
        Console.WriteLine("终端解释器");
    }
}

NonterminalExpression类——非终结符表达式：

// NonterminalExpression（非终结符表达式）
class NonterminalExpression : AbstractExpression
{
    public override void Interpret(Context context)
    {
        Console.WriteLine("非终端解释器");
    }
}

Context类——上下文环境：

// Context（上下文）
class Context
{
    private string input;
    public string Input
    {
        get { return input; }
        set { input = value; }
    }

    private string output;
    public string Output
    {
        get { return output; }
        set { output = value; }
    }
}

客户端代码：

static void Main(string[] args)
{
    Context context = new Context();

    IList<AbstractExpression> list = new List<AbstractExpression>();

    // 构建语法树
    list.Add(new TerminalExpression());
    list.Add(new NonterminalExpression());
    list.Add(new TerminalExpression());
    list.Add(new TerminalExpression());

    // 解释执行
    foreach (AbstractExpression exp in list)
    {
        exp.Interpret(context);
    }

    Console.Read();
}

运行结果：

终端解释器
非终端解释器
终端解释器
终端解释器

解释器模式需要解决的是，如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。
通常当有一个语言需要解释执行，并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，可使用解释器模式。
用了解释器模式，就意味着可以很容易地改变和扩展文法，因为该模式使用类来表示文法规则，你可使用继承来改变或扩展该文法。也比较容易实现文法，因为定义抽象语法树中各个节点的类的实现大体类似，这些类都易于直接编写。
解释器模式也有不足的，解释器模式为文法中的每一条规则至少定义了一个类，因此包含许多规则的文法可能难以管理和维护。建议当文法非常复杂时，使用其他的技术如语法分析程序或编译器生成器来处理。