设计模式C++实现-解释器模式



1:概念

解释器模式（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，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

 

2：说明

包含哪些角色？

（1）AbstractExpression（抽象表达式）：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（终结符表达式）：实现与文法中的终结符相关联的解释操作。实现抽象表达式中所要求的接口，主要是一个interpreter（）方法。文法中每一个终结符都有一个具体终结表达式与之相对应。

（3）NonterminalExpression（非终结符表达式）：为文法中的非终结符实现解释操作。

（4）Context：包含解释器之外的一些全局信息。

解释器模式需要解决的问题？

如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

什么时候用解释器模式？

通常当有一个语言需呀解释执行，并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，可使用解释器模式。

用解释器模式的好处？

用了解释器模式，就意味着可以很容易地改变和扩展文法，因为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。也比较容易实现文法，因为定义抽象语法树种各个节点的类的实现大体类似，这些类都易于直接边写。

用解释器模式的不足？

解释器模式为文法中的每一条规则至少定义了一个类，因此包含许多规则的文法可能难以管理和维护。建议当文法非常复杂时，使用其他的技术如语法分析程序或编译器生成器来处理。

由遇到的问题引出解释器模式一些应用提供了内建（Build-In）的脚本或者宏语言来让用户可以定义他们能够在系统中进行的操作。解释器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。

解释器模式提供了这样的一个实现语法解释器的框架，笔者曾经也正在构建一个编译系统 Visual CMCS，现在已经发布了 Visual CMCS1.0 (Beta)，请大家访问 Visual CMCS 网站获取详细信息。

模式选择

解释器模式典型的结构图为：

图 2-1：解释器模式结构图

解释器模式中，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（例如全局的信息）。

解释器模式的实现

完整代码示例（code）：解释器模式的实现比较简单，这里为了方便初学者的学习和参考，将给出完整的实现代码（所有代码采用 C++实现，并在 VC 6.0 下测试运行）。

代码片断 1：Context.h
//Context.h
#ifndef _CONTEXT_H_
#define _CONTEXT_H_
class Context{
    public:
    Context();
    ~Context();
    protected:
    private:
};
#endif //~_CONTEXT_H_

代码片断 2：Context.cpp
//Context.cpp
#include "Context.h"
Context::Context(){
}
Context::~Context(){
}

代码片断 3：Interpret.h
//Interpret.h
#ifndef _INTERPRET_H_
#define _INTERPRET_H_
#include "Context.h"
#include
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_

代码片断 4：Interpret.cpp
//interpret.cpp
#include "Interpret.h"
#include
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<_statement<<" TerminalExpression"< }
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);
    }
}

代码片断 5：main.cpp
//main.cpp
#include "Context.h"
#include "Interpret.h"
#include
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[]){
    Context* c = new Context();
    AbstractExpression* te = new TerminalExpression("hello");
    AbstractExpression* nte = new NonterminalExpression(te,2);
    nte->Interpret(*c);
    return 0;
}

代码说明：解释器模式的示例代码很简单，只是为了说明模式的组织和使用，实际的解释Interpret 逻辑没有实际提供。

关于解释器模式的讨论

XML 格式的数据解析是一个在应用开发中很常见并且有时候是很难处理的事情，虽然目前很多的开发平台、语言都提供了对 XML 格式数据的解析，但是例如到了移动终端设备上，由于处理速度、计算能力、存储容量的原因解析 XML 格式的数据却是很复杂的一件事情，最近也提出了很多的移动设备的 XML 格式解析器，但是总体上在项目开发时候还是需要自己去设计和实现这一个过程（笔者就有过这个方面的痛苦经历）。

解释器模式则提供了一种很好的组织和设计这种解析器的架构。

解释器模式中使用类来表示文法规则，因此可以很容易实现文法的扩展。另外对于终结符我们可以使用享元模式来实现终结符的共享。