设计模式 笔记 解释器模式 Interpreter

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//Interpreter 解释器模式----类行为型模式

/*

1:意图：

给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

2:动机：

3:适用性：

当有一个语言需要解释执行，并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法书时，可使用解释器模式。当

存在以下情况时该模式效果最好：

1>该文法简单对于复杂的文法，文法的类层次变得庞大而无法管理。此时语法分析程序生成器这样的工具是

更好的选择。它们无需构建抽象语法树即可解释表达式。这样可以节省空间而且节省时间。

2>效率不是一个关键问题，最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的，而是首先将它们转换成

另外一种形式。

4:结构：

|-----------Context

|

Client------------------>AbstractExpression:<--------------------

Interpret(Context)                     |

|                             |

---------------------                   |

|                   |                   |

TerminalExpression:     NonterminalExpression:---

Interpret(Context)      Interpret(Context)

5:参与者：

1>AbstractExpression：

声明一个抽象的解释操作，这个接口为抽象语法树中所有的节点所共享。

2>TerminalExpression(终结)：

1)实现与文法中的终结符相关联的解释操作。

2)一个句子中的每个终结符需要该类的一个实例。

3>NonterminalExpression(非终结)：

1)对文法中的每一条规则R::R1R2...Rn都需要一个NonterminalExpression类。

2)为从R1到Rn的每个符号都维护一个AbstractExpression类型的实例变量。

3)为文法中的非终结符实现解释操作。解释一般要递归地调用表示R1到Rn的那些对象的解释操作。

4>Context：

包含解释器之外的一些全局信息。

5>Client：

1)构建表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树。该抽象语法树由

NonterminalExpression和TerminalExpression的实例装配而成。

2)调用解释操作

6:协作：

1>Client构建一个句子，它是NonterminalExpression和TerminalExpression的实例的一个抽象语法

树，然后初始化上下文并调用解释操作。

2>每一非终结符表达式节点定义相应子表达式的解释操作。而各终结符表达式的解释操作构成了递归的基础。

3>每一节点的解释操作用上下文来存储和访问解释器的状态。

7:效果：

1>优点：

1)易于改变和扩张文法：

因为该模式使用类来表示文法规则，你可食用继承来改变或扩展该文法。已有的表达式可被增量式地

改变，而新的表达式可定义为旧表达式的变体。

2)易于实现文法：

定义抽象语法树中各个节点的类的实现大体类似。这些类易于直接编写，通常它们也可用一个编辑器

或语法分析程序生成器自动生成。

3)增加了新的解释表达式的方式:

解释器模式使得实现新表达式变的容易。

2>缺点：

1)复杂的文法难以维护：

解释器模式为文法中的每一条规则至少定义了一个类，所以包含许多规则的文法可能难以管理和维护。

8:实现：

1>创建抽象语法树：

解释器模式并未解释如何创建一个抽象的语法树。它只提供创建的规则。

2>定义解释操作：

并不一定要在表达式类中定义解释操作。可以配合Visitor模式，创建新的解释器。

3>与Flyweight模式共享终结符：

终结节点一般不存储它们在抽象语法树中位置的信息。在解释过程中，任何它们所需要的上下文信息都由父

节点传递给它们。所以可以配合Flyweight模式。

9:代码示例：                                                                             */

文法定义：

BooleanExp ::= VariableExp | Constant | OrExp | AndExp | NotExp |'(' BooleanExp
')'

AndExp ::= BooleanExp'and' BooleanExp

OrExp ::= BooleanExp'or' BooleanExp

NotExp ::='not' BooleanExp

Constant ::='true' |
'false'

VariableExp ::='A' |
'B' | ... |'Y' |
'z'

//AbstractExpression：定义了操作

class BooleanExp

{

public:

BooleanExp();

virtual ~BooleanExp();

virtual
;

virtual BooleanExp* Replace(constchar*, BooleanExp&) =
;

virtual BooleanExp* Copy()
;

};

//Contex:定义了变量到布尔值的映射

class Context

{

public:

//检查一个变量返回什么bool值。

bool LookUp(constchar*)
const;

void Assign(VariableExp*,
bool);

};

//TerminalExpression:定义了终止符表达式，也就是说这个类既是表达式，也算单个变量，因为

//它是终止符了

class VariableExp :public BooleanExp

{

public:

VariableExp(constchar*);

virtual ~VariableExp();

virtual
bool Evaluate(Constext&);

virtual BooleanExp* Replace(constchar*, BooleanExp&);

virtual BooleanExp* Copy()
const ;

private:

char* _name;

};

VariableExp::VariableExp(constchar*)

{

_name = strdup(name);

}

//求值，直接借助Context类的LookUp返回布尔值

bool VariableExp::Evaluate(Context& aContext)

{

return aContext.LookUp(_name);

}

BooleanExp* VariableExp::Copy()const

{

return
new VariableExp(_name);

}

//替换，如果变量的name和自己相等，就返回一个拷贝，否则用自己的name来创建一个变量

BooleanExp* VariableExp::Replace(constchar* name, BooleanExp& exp)

{

if(strcmp(name, _name) ==
)

{

return exp.Copy();

}

else

{

return
new VariableExp(_name);

}

}

//NonterminalExpression：and操作，借助AbstractExpression接口接可以实现了

class AndExp :public BooleanExp

{

public:

AndExp(BooleanExp*, BooleanExp*);

virtual ~AndExp();

virtual
bool Evaluate(Constext&);

virtual BooleanExp* Replace(constchar*, BooleanExp&);

virtual BooleanExp* Copy()
const ;

private:

BooleanExp* _operand1;

BooleanExp* _operand2;

};

//要and就把内部的两个表达式and一下

AndExp::AndExp(BooleanExp* op1, BooleanExp* op2): _operand1(op1), _operand2(op2)

{

}

bool AndExp::Evaluate(Context& aContext)

{

return _operand1->Evaluate(aContext) && _operand2->Evaluate(aContext);

}

//要copy就把内部的两个表达式一起copy一下。

BooleanExp* AndExp::Copy()const

{

return AndExp(_operand1->Copy(), _operand2->Copy());

}

//要替换就，一起替换。

BooleanExp* AndExp::Replace(constchar* name, BooleanExp& exp)

{

return
new AndExp(_operand1->Replace(name, exp,)

_operand2->Replace(name,exp));

}

//说明一下，NonterminalExpression类是无需关心底部具体操作的，这些事归TerminalExpression管

//它们只要调用接口就行了。

//使用：

(trueand x)
or (yand (not x))

//也就是 OrExp(AndExp(true, x), AndExp(y, NotExp(x)))

BooleanExp* expression;

Context context;

VariableExp* x =new VariableExp("X");

VariableExp* y =new VariableExp("Y");

expression =new OrExp(
new AndExp(new Constant(true), x),

new AndExp(y,
new NotExp(x)));

context.Assign(x,false);

context.Assign(y,true);

bool result = expression->Evaluate(context);

//Constant类也算一个终止符，不过这个终止符不需要context来确定返回值，它不管constext的情况

//都返回固定的值。但是为了接口统一，它也要接受一个context，看起来像这样：

bool Constant::Evaluate(Context&)

{

return _boolean;

}