设计模式之解释器模式(Interpreter)摘录

23种GOF设计模式一般分为三大类：创建型模式、结构型模式、行为模式。

创建型模式抽象了实例化过程，它们帮助一个系统独立于怎样创建、组合和表示它的那些对象。一个类创建型模式使用继承改变被实例化的类，而一个对象创建型模式将实例化托付给还有一个对象。创建型模式有两个不断出现的主旋律。第一，它们都将关于该系统使用哪些详细的类的信息封装起来。第二，它们隐藏了这些类的实例是怎样被创建和放在一起的。整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。因此，创建型模式在什么被创建，谁创建它，它是怎样被创建的，以及何时创建这些方面给予了非常大的灵活性。它们同意用结构和功能区别非常大的“产品”对象配置一个系统。配置能够是静态的(即在编译时指定)，也能够是动态的(在执行时)。

结构型模式涉及到怎样组合类和对象以获得更大的结构。结构型类模式採用继承机制来组合接口或实现。结构型对象模式不是对接口和实现进行组合，而是描写叙述了怎样对一些对象进行组合，从而实现新功能的一些方法。由于能够在执行时刻改变对象组合关系，所以对象组合方式具有更大的灵活性，而这样的机制用静态类组合是不可能实现的。

行为模式涉及到算法和对象间职责的分配。行为模式不仅描写叙述对象或类的模式，还描写叙述它们之间的通信模式。这些模式刻画了在执行时难以跟踪的复杂的控制流。它们将用户的注意力从控制流转移到对象间的联系方式上来。行为类模式使用继承机制在类间分派行为。行为对象模式使用对象复合而不是继承。一些行为对象模式描写叙述了一组对等的对象怎样相互协作以完毕当中任一个对象都无法单独完毕的任务。

创建型模式包含：1、FactoryMethod(工厂方法模式)；2、Abstract Factory(抽象工厂模式)；3、Singleton(单例模式)；4、Builder(建造者模式、生成器模式)；5、Prototype(原型模式).

结构型模式包含：6、Bridge(桥接模式)；7、Adapter(适配器模式)；8、Decorator(装饰模式)；9、Composite(组合模式)；10、Flyweight(享元模式)；11、Facade(外观模式)；12、Proxy(代理模式).

行为模式包含：13、TemplateMethod(模板方法模式)；14、Strategy(策略模式)；15、State(状态模式)；16、Observer(观察者模式)；17、Memento(备忘录模式)；18、Mediator(中介者模式)；19、Command(命令模式)；20、Visitor(訪问者模式)；21、Chain of Responsibility(责任链模式)；22、Iterator(迭代器模式)；23、Interpreter(解释器模式).

Factory Method：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

Abstract Factory：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们详细的类。

Singleton：保证一个类仅有一个实例，并提供一个訪问它的全局訪问点。

Builder：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得相同的构建过程能够创建不同的表示。

Prototype：用原型实例指定创建对象的种类，而且通过拷贝这个原型来创建新的对象。

Bridge：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都能够独立地变化。

Adapter：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能够一起工作。

Decorator：动态地给一个对象加入一些额外的职责。就扩展功能而言， Decorator模式比生成子类方式更为灵活。

Composite：将对象组合成树形结构以表示“部分-总体”的层次结构。Composite使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。

Flyweight：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

Facade：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面， Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加easy使用。

Proxy：为其它对象提供一个代理以控制对这个对象的訪问。

Template Method：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类能够不改变一个算法的结构就可以重定义该算法的某些特定步骤。

Strategy：定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 而且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。

State：同意一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎改动了它所属的类。

Observer：定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,全部依赖于它的对象都得到通知并自己主动刷新。

Memento：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。

Mediator：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不须要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且能够独立地改变它们之间的交互。

Command：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行參数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可取消的操作。

Visitor：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你能够在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

Chain of Responsibility：为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。

Iterator：提供一种方法顺序訪问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。

Interpreter：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, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

Interpreter：(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)、适用性：当有一个语言须要解释执行，而且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，可使用解释器模式。而当存在下面情况时该模式效果最好：A、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就可以解释表达式，这样能够节省空间而且还可能节省时间。B、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还有一种形式。比如，正則表達式通常被转换成状态机。但即使在这样的情况下，转换器仍可用解释器模式实现，该模式仍是实用的。

(3)、优缺点：A、易于改变和扩展文法：由于该模式使用类来表示文法规则，你可使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。B、也易于实现文法：定义抽象语法树中各个节点的类的实现大体相似。这些类易于直接编写，通常它们也可用一个编译器或语法分析程序生成器自己主动生成。C、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(使用BNF定义的文法规则须要很多其它的类)。因此包含很多规则的文法可能难以管理和维护。可应用其它的设计模式来缓解这一问题。但当文法非常复杂时，其它的技术如语法分析程序或编译器生成器更为合适。D、添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”计算”变得easy。比如，你能够在表达式类上定义一个新的操作以支持优美打印或表达式的类型检查。假设你常常创建新的解释表达式的方式，那么能够考虑使用Visitor模式以避免改动这些代表文法的类。

(4)、相关模式：A、Composite模式：抽象语法树是一个复合模式的实例。B、Flyweight模式：说明了怎样在抽象语法树中共享终结符。C、Iterator：解释器可用一个迭代器遍历该结构。D、Visitor:可用来在一个类中维护抽象语法树中的各节点的行为。

(5)、Interpreter模式的目的就是使用一个解释器为用户提供一个一门定义语言的语法表示的解释器，然后通过这个解释器来解释语言中的句子。Interpreter模式中，提供了TerminalExpression和NonterminalExpression两种表达式的解释方式，Context类用于为解释过程提供一些附加的信息(比如全局的信息)

演示样例代码1：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

class Context;

class AbstractExpression
{
public:
	virtual void Interpret(Context* context) = 0;
};

class Expression : public AbstractExpression
{
public:
	virtual void Interpret(Context* context)
	{
		cout<<"终端解释器"<<endl;
	}
};

class NonterminalExpression : public AbstractExpression
{
public:
	virtual void Interpret(Context* context)
	{
		cout<<"非终端解释器"<<endl;
	}
};

class Context
{
public:
	string input;
	string output;
};

//client
int main()
{
	Context* context = new Context();
	vector<AbstractExpression*> express;
	express.push_back(new Expression());
	express.push_back(new NonterminalExpression());
	express.push_back(new NonterminalExpression());

	vector<AbstractExpression*>::iterator p = express.begin();
	while (p != express.end()) {
		(*p)->Interpret(context);
		p ++;
	}

	/*result
		终端解释器
		非终端解释器
		非终端解释器
	*/

	return 0;
}

演示样例代码2：

Context.h:

#ifndef _CONTEXT_H_
#define _CONTEXT_H_

class Context
{
public:
	Context();
	~Context();
protected:
private:
};

#endif//~_CONTEXT_H_

Context.cpp:

#include "Context.h"

Context::Context()
{

}

Context::~Context()
{

}

Interpret.h:

#ifndef _INTERPRET_H_
#define _INTERPRET_H_

#include "Context.h"
#include <string>

using namespace std;

class AbstractExpression
{
public:
	virtual ~AbstractExpression();
	virtual void Interpret(const Context& c);
protected:
	AbstractExpression();
private:
};

class TerminalExpression : public AbstractExpression
{
public:
	TerminalExpression(const string& statement);
	~TerminalExpression();
	void Interpret(const Context& c);
protected:
private:
	string _statement;
};

class NonterminalExpression : public AbstractExpression
{
public:
	NonterminalExpression(AbstractExpression* expression, int times);
	~NonterminalExpression();
	void Interpret(const Context& c);
protected:
private:
	AbstractExpression* _expression;
	int _times;
};

#endif//~_INTERPRET_H_

Interpret.cpp:

#include "Interpret.h"
#include <iostream>

using namespace std;

AbstractExpression::AbstractExpression()
{

}

AbstractExpression::~AbstractExpression()
{

}

void AbstractExpression::Interpret(const Context& c)
{

}

TerminalExpression::TerminalExpression(const string& statement)
{
	this->_statement = statement;
}

TerminalExpression::~TerminalExpression()
{

}

void TerminalExpression::Interpret(const Context& c)
{
	cout<<this->_statement<<"TerminalExpression"<<endl;
}

NonterminalExpression::NonterminalExpression(AbstractExpression* expression, int times)
{
	this->_expression = expression;
	this->_times = times;
}

NonterminalExpression::~NonterminalExpression()
{

}

void NonterminalExpression::Interpret(const Context& c)
{
	for (int i = 0; i < _times; i ++)
		this->_expression->Interpret(c);
}

main.cpp:

#include "Context.h"
#include "Interpret.h"
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
	Context* c = new Context();
	AbstractExpression* te = new TerminalExpression("hello");
	AbstractExpression* nte = new NonterminalExpression(te, 2);
	nte->Interpret(*c);

	/*result
		helloTerminalExpression
		helloTerminalExpression
	*/

	return 0;
}

解释器模式结构图：

參考文献：

1、《大话设计模式C++》

2、《设计模式精解----GoF23种设计模式解析》

3、《设计模式----可复用面向对象软件的基础》