.NET 設計模式實戰：解釋器模式完整解析與羅馬數字轉換案例

模式簡介

解釋器模式給定一語言，定義其文法表示，並定義解釋器解釋語言中的句子。使用類別表示文法規則，易於擴展與實作。屬於行為型模式。

適用場景

特定類型問題頻繁出現時，將問題實例表示為簡單語言句子，建構解釋器解析執行。

結構角色

• AbstractExpression：抽象表達式，宣告 Interpret(Context)
• TerminalExpression：終結符表達式，實作終結符解釋
• NonterminalExpression：非終結符表達式，每條文法規則一類別
• Context：包含解釋器外的全域資訊

基礎實作

public abstract class AbstractExpression { public abstract void Interpret(Context context); }
public class TerminalExpression : AbstractExpression {
    public override void Interpret(Context c) => Console.WriteLine("呼叫 Terminal.Interpret");
}
public class NonterminalExpression : AbstractExpression {
    public override void Interpret(Context c) => Console.WriteLine("呼叫 Nonterminal.Interpret");
}
public class Context { }

// Client
static void Main() {
    var ctx = new Context();
    var list = new ArrayList { new TerminalExpression(), new NonterminalExpression(), new TerminalExpression(), new TerminalExpression() };
    foreach (AbstractExpression exp in list) exp.Interpret(ctx);
}

實戰案例：羅馬數字轉十進位

文法規則：千位（M）、百位（C/CD/D/CM）、十位（X/XL/L/XC）、個位（I/IV/V/IX）。

• Context：保存輸入字串 Input 與輸出數值 Output
• Expression 抽象類別：實作通用解析邏輯（九、四、五、一），子類別僅提供符號與倍數
• 四個終結符類別：ThousandExpression、HundredExpression、TenExpression、OneExpression

// Expression 核心解析邏輯
public abstract class Expression {
    public void Interpret(Context ctx) {
        if (ctx.Input.Length == 0) return;
        if (ctx.Input.StartsWith(Nine())) { ctx.Output += 9 * Multiplier(); ctx.Input = ctx.Input.Substring(2); }
        else if (ctx.Input.StartsWith(Four())) { ctx.Output += 4 * Multiplier(); ctx.Input = ctx.Input.Substring(2); }
        else if (ctx.Input.StartsWith(Five())) { ctx.Output += 5 * Multiplier(); ctx.Input = ctx.Input.Substring(1); }
        while (ctx.Input.StartsWith(One())) { ctx.Output += 1 * Multiplier(); ctx.Input = ctx.Input.Substring(1); }
    }
    public abstract string One(); public abstract string Four(); public abstract string Five(); public abstract string Nine(); public abstract int Multiplier();
}

// 千位
class ThousandExpression : Expression {
    public override string One() => "M"; public override string Four() => ""; public override string Five() => ""; public override string Nine() => ""; public override int Multiplier() => 1000;
}
// 百位、十位、個位類似...

// Client
static void Main() {
    string roman = "MCMXXVIII"; // 1928
    var ctx = new Context(roman);
    var tree = new List<Expression> { new ThousandExpression(), new HundredExpression(), new TenExpression(), new OneExpression() };
    foreach (var exp in tree) exp.Interpret(ctx);
    Console.WriteLine($"{roman} = {ctx.Output}");
}

總結

解釋器模式適合建構領域特定語言（DSL）、規則引擎、查詢解析器等場景，透過抽象語法樹與遞迴下降解析，實現靈活可擴展的語言處理能力。