인터프리터 패턴 예제로 쉽게 이해하기

의도와 해결하는 문제

의도: 언어가 주어졌을 때 그 문법의 표현과, 그 표현을 사용해 언어의 문장을 해석하는 인터프리터를 정의합니다. 인터프리터는 GoF(Gang of Four) 책에 실린 행동 패턴 중 하나입니다.

가격 책정 시스템의 사용자가 price * 0.9나 price - 5 같은 할인 규칙을 직접 작성하고 싶어 하고, 그 규칙을 데이터베이스에 저장했다가 나중에 평가해야 한다고 가정해 봅시다. 사용자가 계속 새 규칙을 만들기 때문에 규칙을 코드에 하나씩 고정할 수는 없습니다. 작은 언어와 이를 평가하는 방법이 필요합니다.

인터프리터 패턴은 이 평가 단계를 위한 단순한 설계를 제공합니다. 숫자, 변수, 연산자가 각각 클래스가 됩니다. price * 0.9 같은 규칙은 트리가 됩니다. 곱셈 노드에 변수 노드와 숫자 노드가 자식으로 달리는 형태입니다. 결과를 계산하려면 현재 가격을 담은 컨텍스트와 함께 곱셈 노드의 interpret를 호출합니다.

구조와 참여자

아래 예제의 문법을 간단한 표기법으로 나타내면 다음과 같습니다.

expression ::= number | variable | expression op expression
op         ::= "+" | "-" | "*" | "/"

TypeScript 구현

각 문법 규칙은 Expression을 구현하는 클래스입니다. parse 함수는 공백으로 구분된 후위 표기법(연산자가 피연산자 뒤에 오는 표기) 표현식을 트리로 바꾸므로 파서가 짧아집니다.

type Context = Record<string, number>;
interface Expression {
  interpret(ctx: Context): number;
}
class Num implements Expression {
  constructor(private value: number) {}
  interpret() { return this.value; }
}
class Var implements Expression {
  constructor(private name: string) {}
  interpret(ctx: Context) {
    if (!Object.hasOwn(ctx, this.name)) throw new Error("Unknown variable " + this.name);
    return ctx[this.name];
  }
}
const ops = { "+": (a: number, b: number) => a + b, "-": (a: number, b: number) => a - b,
  "*": (a: number, b: number) => a * b, "/": (a: number, b: number) => a / b };
class BinaryOp implements Expression {
  constructor(private op: keyof typeof ops, private left: Expression, private right: Expression) {}
  interpret(ctx: Context) { return ops[this.op](this.left.interpret(ctx), this.right.interpret(ctx)); }
}
function parse(source: string): Expression {
  const stack: Expression[] = [];
  for (const token of source.trim().split(/\s+/)) {
    if (Object.hasOwn(ops, token)) {
      const right = stack.pop()!, left = stack.pop()!;
      stack.push(new BinaryOp(token as keyof typeof ops, left, right));
    } else if (!isNaN(Number(token))) stack.push(new Num(Number(token)));
    else stack.push(new Var(token));
  }
  return stack[0];
}
const rule = parse("price 0.9 * 5 -"); // (price * 0.9) - 5
console.log(rule.interpret({ price: 100 })); // 85
console.log(rule.interpret({ price: 40 })); // 31

price 0.9 * 5 -의 트리는 뺄셈 노드이며, 왼쪽 자식은 (price와 0.9를 가진) 곱셈 노드이고 오른쪽 자식은 숫자 5입니다. 한 번 파싱하고 나면 같은 트리를 서로 다른 컨텍스트로 여러 번 평가할 수 있습니다.

언제 쓰고 언제 쓰지 말아야 할까

• 검색 필터, 기능 플래그 규칙, 권한 표현식, 단위 변환, 스프레드시트식 수식처럼 언어가 작고 문법이 단순할 때 사용합니다.
• 같은 표현식을 다른 데이터로 여러 번 평가해서 트리를 한 번만 만들어 두는 것이 이득일 때 사용합니다.
• 큰 언어에는 사용하지 않습니다. 규칙마다 클래스 하나가 되면 유지보수가 어려워지므로 파서 생성기나 기존 임베디드 언어를 사용하세요.
• 성능이 중요할 때는 사용하지 않습니다. 객체 트리를 순회하는 것은 바이트코드나 기계어로 컴파일하는 것보다 느립니다.
• 사용자 입력에 eval을 쓰는 방식으로 문제를 풀지 마세요. 작은 인터프리터는 직접 정의한 연산만 지원하므로 훨씬 안전합니다.

같은 트리에 보기 좋게 출력하기나 타입 검사 같은 새 연산을 추가하려면, 모든 노드 클래스에 메서드를 더하는 대신 인터프리터와 비지터를 함께 사용하세요.

실제 사용 사례

• 정규 표현식 엔진은 패턴을 노드 객체의 트리나 그래프로 컴파일하고, 매칭은 이 노드들을 순회합니다. 정규식 문법에 인터프리터 아이디어를 적용한 것입니다.
• 언어 도구는 소스 코드를 추상 구문 트리로 표현합니다. Python의 ast 모듈과 Babel, ESLint 같은 JavaScript 도구가 쓰는 ESTree 명세는 모든 문법 규칙에 대한 노드 타입을 정의합니다.
• SQL 데이터베이스는 WHERE 절을 표현식 트리로 파싱하고 각 행에 대해 평가합니다.
• 템플릿 엔진과 규칙 엔진은 템플릿이나 비즈니스 규칙 안의 작은 표현식을 평가합니다.

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