设计模式之解释器模式(C++)

作者：翟天保Steven
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一、解释器模式是什么？

       解释器模式是一种行为型的软件设计模式，定义了一个解释器，来解释给定语言和文法的句子。也可以理解为翻译吧，比如1+1，翻译为一加上一，等于二，这样就做成了一个简单的加法计算器。

       解释器模式的优点：

1. 良好扩展性。语法的翻译通过类来实现，扩展类可以扩展其解释能力。
2. 易实现。语法树中每个表达式节点类具备一定相似性，实现起来相对容易。

       解释器模式的缺点：

1. 执行效率低。解释器中通常有大量循环和递归语句，当被解释句子较复杂时，程序的性能受到较大影响。
2. 类膨胀。规则较多时，类数量也膨胀。

二、解释器模式

2.1 结构图

       客户端即Main主函数，客户端通过解释器来解析表达式内容，表达式又分为终结型和非终结型。就拿计算器举例，1+1,1就是终结符类型，表达式可以用它结尾；而+就是非终结符类型，出现了+，就意味着它前后还有别的表达式字符，自然不能作终结。

2.2 代码示例

       场景描述：实现简单的加减法计算器。

//Interpreter.h
/****************************************************/
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <stack>using namespace std;// 抽象表达式类
class Expression 
{
public:// 解释virtual int interpret() = 0;};// 数字表达式类
class NumberExpression : public Expression 
{
public:// 构造函数NumberExpression(int num) : number(num) {}// 解释virtual int interpret() { return number; }private:int number;
};// 加法表达式类
class AddExpression : public Expression 
{
public:// 构造函数AddExpression(Expression* left, Expression* right) : left(left), right(right) {}// 解释virtual int interpret() { return left->interpret() + right->interpret(); }private:Expression* left;Expression* right;
};// 减法表达式类
class SubExpression : public Expression 
{
public:// 构造函数SubExpression(Expression* left, Expression* right) : left(left), right(right) {}// 解释virtual int interpret() { return left->interpret() - right->interpret(); }private:Expression* left;Expression* right;
};// 解释器类
class Interpreter 
{
public:// 构造函数Interpreter(string exp) : expression(exp) {}// 解释int interpret() {stack<Expression*> s;// 遍历表达式字符for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {if (isdigit(expression[i])) {// 识别数字int j = i;while (j < expression.length() && isdigit(expression[j])) {j++;}int num = stoi(expression.substr(i, j - i));s.push(new NumberExpression(num));i = j - 1;}else if (expression[i] == '+') {// 把左数提取出来Expression* left = s.top();s.pop();// 识别右数int j = i + 1;while (j < expression.length() && isdigit(expression[j])) {j++;}Expression* right = new NumberExpression(stoi(expression.substr(i + 1, j - (i + 1))));// 左数+右数的表达式放入栈中s.push(new AddExpression(left, right));i = j - 1;}else if (expression[i] == '-') {// 把左数提取出来Expression* left = s.top();s.pop();// 识别右数int j = i + 1;while (j < expression.length() && isdigit(expression[j])) {j++;}Expression* right = new NumberExpression(stoi(expression.substr(i + 1, j - (i + 1))));// 左数-右数的表达式放入栈中s.push(new SubExpression(left, right));i = j - 1;}}return s.top()->interpret();}private:string expression;
};

//main.cpp
/****************************************************/
#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include "Interpreter.h"using namespace std;int main() 
{unordered_map<string, int> variables;string input;while (getline(cin, input)) {cout << "input:" << input << endl;Interpreter interpreter(input);variables[input] = interpreter.interpret();cout << "result:" << variables[input] << endl;}return 0;
}

       程序结果如下。

       上述实现的简易计算器，也是许多大学C/C++课程中的大作业，记得以前用MFC实现了一款计算器，开心了老半天哈哈，梦回大学。感兴趣的同学也可以试试复杂计算器，比如引入了括号还有各类运算符。

三、总结

       我尽可能用较通俗的话语和直观的代码例程，来表述我对解释器模式的理解，或许有考虑不周到的地方，如果你有不同看法欢迎评论区交流！希望我举的例子能帮助你更好地理解解释器模式。

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