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。
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。
解释器模式的主要缺点如下。
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。
1) 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，例如，有些人认为完美爱情的准则是“相互吸引、感情专一、任何一方都没有恋爱经历”，虽然最后一条准则较苛刻，但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。
2) 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。
3) 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。图 1 所示是“我是大学生”的语法树。
图1 句子“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。
1. 模式的结构
解释器模式包含以下主要角色。
解释器模式的结构图如图 2 所示。
图2 解释器模式的结构图
2. 模式的实现
解释器模式实现的关键是定义文法规则、设计终结符类与非终结符类、画出结构图，必要时构建语法树，其代码结构如下：
//抽象表达式类
interface AbstractExpression
{
public Object interpret(String info); //解释方法
}
//终结符表达式类
class TerminalExpression implements AbstractExpression
{
public Object interpret(String info)
{
//对终结符表达式的处理
}
}
//非终结符表达式类
class NonterminalExpression implements AbstractExpression
{
private AbstractExpression exp1;
private AbstractExpression exp2;
public Object interpret(String info)
{
//非对终结符表达式的处理
}
}
//环境类
class Context
{
private AbstractExpression exp;
public Context()
{
//数据初始化
}
public void operation(String info)
{
//调用相关表达式类的解释方法
}
}
【例1】用解释器模式设计一个“韶粵通”公交车卡的读卡器程序。
说明：假如“韶粵通”公交车读卡器可以判断乘客的身份，如果是“韶关”或者“广州”的“老人” “妇女”“儿童”就可以免费乘车，其他人员乘车一次扣 2 元。
分析：本实例用“解释器模式”设计比较适合，首先设计其文法规则如下。
<expression> ::= <city>的<person> <city> ::= 韶关|广州 <person> ::= 老人|妇女|儿童
然后，根据文法规则按以下步骤设计公交车卡的读卡器程序的类图。
图3 “韶粵通”公交车读卡器程序的结构图
程序代码如下：
package interpreterPattern;
import java.util.*;
/*文法规则
<expression> ::= <city>的<person>
<city> ::= 韶关|广州
<person> ::= 老人|妇女|儿童
*/
public class InterpreterPatternDemo
{
public static void main(String[] args)
{
Context bus=new Context();
bus.freeRide("韶关的老人");
bus.freeRide("韶关的年轻人");
bus.freeRide("广州的妇女");
bus.freeRide("广州的儿童");
bus.freeRide("山东的儿童");
}
}
//抽象表达式类
interface Expression
{
public boolean interpret(String info);
}
//终结符表达式类
class TerminalExpression implements Expression
{
private Set<String> set= new HashSet<String>();
public TerminalExpression(String[] data)
{
for(int i=0;i<data.length;i++)set.add(data[i]);
}
public boolean interpret(String info)
{
if(set.contains(info))
{
return true;
}
return false;
}
}
//非终结符表达式类
class AndExpression implements Expression
{
private Expression city=null;
private Expression person=null;
public AndExpression(Expression city,Expression person)
{
this.city=city;
this.person=person;
}
public boolean interpret(String info)
{
String s[]=info.split("的");
return city.interpret(s[0])&&person.interpret(s[1]);
}
}
//环境类
class Context
{
private String[] citys={"韶关","广州"};
private String[] persons={"老人","妇女","儿童"};
private Expression cityPerson;
public Context()
{
Expression city=new TerminalExpression(citys);
Expression person=new TerminalExpression(persons);
cityPerson=new AndExpression(city,person);
}
public void freeRide(String info)
{
boolean ok=cityPerson.interpret(info);
if(ok) System.out.println("您是"+info+"，您本次乘车免费！");
else System.out.println(info+"，您不是免费人员，本次乘车扣费2元！");
}
}
程序运行结果如下：
您是韶关的老人，您本次乘车免费！ 韶关的年轻人，您不是免费人员，本次乘车扣费2元！ 您是广州的妇女，您本次乘车免费！ 您是广州的儿童，您本次乘车免费！ 山东的儿童，您不是免费人员，本次乘车扣费2元！
前面介绍了解释器模式的结构与特点，下面分析它的应用场景。
注意：解释器模式在实际的软件开发中使用比较少，因为它会引起效率、性能以及维护等问题。如果碰到对表达式的解释，在 Java 中可以用 Expression4J 或 Jep 等来设计。
在项目开发中，如果要对数据表达式进行分析与计算，无须再用解释器模式进行设计了，Java 提供了以下强大的数学公式解析器：Expression4J、MESP(Math Expression String Parser) 和 Jep 等，它们可以解释一些复杂的文法，功能强大，使用简单。
现在以 Jep 为例来介绍该工具包的使用方法。Jep 是 Java expression parser 的简称，即 Java 表达式分析器，它是一个用来转换和计算数学表达式的 Java 库。通过这个程序库，用户可以以字符串的形式输入一个任意的公式，然后快速地计算出其结果。而且 Jep 支持用户自定义变量、常量和函数，它包括许多常用的数学函数和常量。
使用前先下载 Jep 压缩包，解压后，将 jep-x.x.x.jar 文件移到选择的目录中，在 Eclipse 的“Java 构建路径”对话框的“库”选项卡中选择“添加外部 JAR(X)...”，将该 Jep 包添加项目中后即可使用其中的类库。
下面以计算存款利息为例来介绍。存款利息的计算公式是：本金x利率x时间=利息，其相关代码如下：
package interpreterPattern;
import com.singularsys.jep.*;
public class JepDemo
{
public static void main(String[] args) throws JepException
{
Jep jep=new Jep();
//定义要计算的数据表达式
String 存款利息="本金*利率*时间";
//给相关变量赋值
jep.addVariable("本金",10000);
jep.addVariable("利率",0.038);
jep.addVariable("时间",2);
jep.parse(存款利息); //解析表达式
Object accrual=jep.evaluate(); //计算
System.out.println("存款利息："+accrual);
}
}
程序运行结果如下：
存款利息：760.0