【C++设计模式之解释器模式:行为型】分析及示例

简介

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，它提供了一种解决问题的方法，通过定义语言的文法规则，解释并执行特定的语言表达式。
解释器模式通过使用表达式和解释器，将文法规则中的句子逐个解释执行。它将一些复杂的业务逻辑分解为一系列的简单表达式，通过解析和执行这些表达式来实现业务逻辑的处理。

描述

解释器模式通常用于处理某种特定领域的语言或规则。它将待解析的句子转换为抽象语法树，并按照语法规则逐个解析节点。每个节点都可以表示一个终结符或非终结符，并提供相应的解释方法。

原理

解释器模式的核心原理是将句子解析成为抽象语法树，然后通过遍历和解释节点来执行语义操作。解释器模式通常包含以下角色：

• 抽象表达式（Abstract Expression）：定义了解释器的抽象接口，包含解释方法 interpret()。
• 终结符表达式（Terminal Expression）：表示句子中的终结符（如变量、常量等），实现了解释方法 interpret()。
• 非终结符表达式（Nonterminal Expression）：表示句子中的非终结符（如加法、减法等运算），定义了解释方法 interpret()。

类图

Context：环境角色（上下文），含有每个解释器所需的一些数据或全局的一些信息。
AbstractExpression：抽象表达式类，声明了抽象的解释操作，所有解释器类都继承或实现该类。
TerminalExpression：终结符表达式类，是AbstractExpression的子类，实现了文法中有关终结符相关的解释操作。
NonTerminalExpression：非终结符表达式，AbstractExpression的子类，该类的功能与终结表达式类相反，文法中所有非终结符由该类进行解释。
Client：客户端测试类。

示例

假设我们需要实现一个简单的数学表达式解析器，可以计算表达式的值。表达式可以包含整数、加法和减法操作。

在下面的示例中，我们定义了抽象表达式类 Expression 和具体的终结符表达式类 IntegerExpression，以及具体的非终结符表达式类 AddExpression 和 SubtractExpression。程序通过解析句子中的各个表达式，并执行相应的操作。

#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>// 抽象表达式类
class Expression {
public:virtual int interpret() 0;
};// 终结符表达式类
class IntegerExpression : public Expression {
private:int value;public:IntegerExpression(int value) : value(value) {}int interpret() {return value;}
};// 非终结符表达式类
class AddExpression : public Expression {
private:Expression* left;Expression* right;public:AddExpression(Expression* left, Expression* right): left(left), right(right) {}int interpret() {return left->interpret() + right->interpret();}
};class Subtract : public Expression {
privateExpression* left;Expression* right;public:SubtractExpression(Expression* left, Expression* right): left(left), right(right) {}int interpret() {return left->interpret() - right->interpret();}
};// 解析器
class Parser {
public:static Expression* parse(const std::string& input) {std::stack<Expression*> expressionStack;int pos = 0;while (pos < input.size()) {if (isdigit(input[pos])) {int value = 0;while (pos < input.size() && isdigit(input[pos])) {value = value * 10 + (input[pos] - 0);pos++;}expressionStack.push(new IntegerExpression(value));} else if (input[pos] == '+') {Expression* right = expressionStack.top();expressionStack.pop();Expression* left = expressionStack.top();expressionStack.pop();expressionStack.push(new AddExpression(left, right));pos++;} else if (input[pos] == '-') {Expression* right = expressionStack.top();expressionStack.pop();Expression* left = expressionStack.top();expressionStack.pop();expressionStack.push(new SubtractExpression(left, right));pos++;} else {pos++;}}return expressionStack.top();}
};int main() {std::string input = "5+2-1";Expression* expression = Parser::parse(input);int result = expression->interpret();std::cout << "Result: " << result << std::endl;delete expression;return 0;
}

输出结果

Result: 6

解释

在上述示例中，使用解释器模式实现了一个简单的数学表达式解析器。程序首先将输入的字符串表达式解析成为抽象语法树，并通过遍历和解释节点来执行计算操作。最后输出计算的结果。

结论

解释器模式可以用于处理复杂的业务规则和语言解析。它可以将复杂的业务逻辑分解为一系列的简单表达式进行处理，从而提高代码的可读性和维护性。

应用场景

解释器模式适用于以下情况：

• 当业务逻辑较为复杂，且可以被分解为一系列简单表达式时。
• 当需要构建一种特定领域的语言或解析器时。
• 当需要灵活地支持变化的业务规则或语法规则时。