Intent

• 解譯器模式是一種行為設計模式，主要用於解釋語言的語法和語義。它為解釋語言提供了一個形式化的機制，並且通過建立一個解釋器來解釋語言中的句子
• 

[補充]: Formal Mechanism

• 在解譯器模式中，"形式化" 主要指的是一套明確、結構化的規則和方法，用於解釋和執行特定語言或表達式的語法和語義
• 這些規則和方法通常會被編碼為一個或多個 classes 和 methods，並且會遵循一定的設計原則和模式

主要組成

• 語法規則 (Syntax Rules): 這些規則定義了語言的結構，通常會使用一種形式語法來表示 (例: BNF, ABNF, PEG, Regular Expression...等)
• 語義規則 (Semantic Rules): 這些規則定義了語言元素的意義，通常會在解譯器的實現中明確指定。
• 解釋引擎 (Interpretation Engine): 這是解譯器模式的核心部分，負責根據語法和語義規則來解釋和執行語言

Motivation

• 當您需要實現一個簡單的語言或者需要解釋一個複雜的數據結構時，解譯器模式就會派上用場
• 例如，SQL 查詢、正則表達式或者是一些簡單的程式語言

Applicability

• 簡單語言解釋: 用於解釋一些簡單的語言或語法
• 配置文件解析: 用於解析配置文件中的設置
• 數學表達式計算: 用於解釋和計算數學表達式

Structure

• AbstractExpression (抽象表達式 / Expression): 定義了一個 interpret() 操作，所有在抽象語法樹(AST) 中的節點 (終端和非終端) 都會覆寫這個操作
• TerminalExpression (終端表達式 / NumberExpression): 實現了 interpret() 操作，專門用於終端表達式
• NonTerminalExpression (非終端表達式 / AdditionExpression, SubtractionExpression...等）: 實現了 interpret() 操作，用於所有非終端表達式
• Context (上下文 / String): 包含對解釋器全局的信息。這是一個需要被解釋和解析的字符串表達式
• Client (客戶端 / ExpressionParser): 建立由 TerminalExpression 和 NonTerminalExpression 組成的抽象語法樹 (AST)。客戶端調用 interpret() 操作

Participants

• Client (客戶端): 建立語法樹，並從中獲取解釋結果
• Context (上下文): 這個類包含解譯器需要的所有全局信息，如變數的值等

Collaborations

• Client 與 Context
  • Client 使用 Context 來初始化解釋器
• AbstractExpression 與 Terminal/NonTerminal Expression
  • AbstractExpression 定義了解釋操作的接口，而 TerminalExpression 和 NonTerminalExpression 則實現了這些接口

Consequences

優點

• 高度靈活 (High Flexibility):
  • 解釋器模式允許簡單地添加或修改解釋規則，這使得它非常適合於需要頻繁更新或擴展的語言或表達式解釋場景
  • 例如: 在配置管理或自定義查詢語言中，新的規則或命令可以輕易地被加入

缺點

• 效能問題 (Performance Issues):
  • 由於解釋器模式通常涉及多次遍歷語法樹或其他數據結構，這可能會導致效能下降，特別是在處理大型或複雜的數據時
  • 優化策略: 使用快取 (Cache) 來優化頻繁計算的表達式

Implementation

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

// AbstractExpression
class AbstractExpression {
public:
    virtual int interpret(std::map<std::string, int>& variables) = 0;
    virtual ~AbstractExpression() {}
};

// TerminalExpression
class TerminalExpression : public AbstractExpression {
    std::string variable;
public:
    TerminalExpression(const std::string& var) : variable(var) {}
    int interpret(std::map<std::string, int>& variables) override {
        return variables[variable];
    }
};

// NonTerminalExpression
class AddExpression : public AbstractExpression {
    AbstractExpression* left;
    AbstractExpression* right;
public:
    AddExpression(AbstractExpression* l, AbstractExpression* r) : left(l), right(r) {}
    int interpret(std::map<std::string, int>& variables) override {
        return left->interpret(variables) + right->interpret(variables);
    }
    ~AddExpression() {
        delete left;
        delete right;
    }
};

int main() {
    // Context
    std::map<std::string, int> context;
    context["x"] = 5;
    context["y"] = 10;

    // Client
    AbstractExpression* expression = new AddExpression(new TerminalExpression("x"), new TerminalExpression("y"));
    std::cout << "Result: " << expression->interpret(context) << std::endl;

    delete expression;
    return 0;
}

Known Uses

• Python 的 ast 模塊：用於解釋 Python 程式碼
• Java 的 Pattern 類：用於解釋正則表達式

Reference

1. http://corrupt003-design-pattern.blogspot.com/2017/01/interpreter-pattern.html
2. https://www.runoob.com/design-pattern/interpreter-pattern.html
3. https://www.geeksforgeeks.org/interpreter-design-pattern/
4. https://springframework.guru/gang-of-four-design-patterns/interpreter-pattern/