深入解析C++設計模式編程中解釋器模式的運用

2020-01-26 14:40:27

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解釋器模式（interpreter），給定一個語言，定義它的文法的一種表示，并定義一個解釋器，這個解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。

解釋器模式需要解決的是，如果一種特定類型的問題發生的頻率足夠高，那么可能就值得將該問題的各個實例表述為一個簡單語言中的句子。這樣就可以構建一個解釋器，該解釋器通過解釋這些句子來解決該問題。當有一個語言需要解釋執行，并且你可將該語言中的句子表示為一個抽象語法樹時，可使用解釋器模式。用了解釋器模式，就意味著可以很容易地改變和擴展文法，因為該模式使用類來表示文法規則，你可使用繼承來改變或擴展該文法。也比較容易實現文法，因為定義抽象語法樹中各個節點的類的實現大體類似，這些類都易于直接編寫。

結構圖：

2016316110227128.jpg (450×242)

實例：

音樂解釋器

playContext.h

/************************************************************************  * description: 演奏內容  * remark:    ************************************************************************/ #ifndef _PLAY_CONTEXT_H_ #define _PLAY_CONTEXT_H_ #include <string> #include <iostream> using namespace std; class playContext { public:   string getPlayText()   {     return m_strText;   }   void setPlayText(const string& strText)   {     m_strText = strText;   } private:   string m_strText; }; #endif// _PLAY_CONTEXT_H_

expression.h

/************************************************************************  * description: 表達式類  * remark:    ************************************************************************/ #ifndef _EXPRESSION_H_ #define _EXPRESSION_H_ #include "playContext.h" class expression { public:   // 解釋器   void interpret(playContext& PlayContext)   {     if (PlayContext.getPlayText().empty())     {       return;     }     else     {       string strPlayKey = PlayContext.getPlayText().substr(0, 1);       string strtemp = PlayContext.getPlayText().substr(2);       PlayContext.setPlayText(strtemp);              size_t nPos = PlayContext.getPlayText().find(" ");       string strPlayValue = PlayContext.getPlayText().substr(0, nPos);       int  nPlayValue = atoi(strPlayValue.c_str());       nPos = PlayContext.getPlayText().find(" ");       PlayContext.setPlayText(PlayContext.getPlayText().substr(nPos + 1));       excute(strPlayKey, nPlayValue);     }   }   // 執行   virtual void excute(string& strKey, const int nValue) = 0; private: }; #endif// _EXPRESSION_H_

note.h

/************************************************************************  * description: 音符類  * remark:    ************************************************************************/ #ifndef _NOTE_H_ #define _NOTE_H_ #include "expression.h" class note : public expression { public:   virtual void excute(string& strKey, const int nValue)   {     char szKey[2];     strncpy(szKey, strKey.c_str(), strKey.length());     string strNote;     switch (szKey[0])     {     case 'C':       strNote = "1";       break;     case 'D':       strNote = "2";       break;     case 'E':       strNote = "3";       break;     case 'F':       strNote = "4";       break;     case 'G':       strNote = "5";       break;     case 'A':       strNote = "6";       break;     case 'B':       strNote = "7";       break;     default:       strNote = "error";       break;     }     cout << strNote << " ";   } }; #endif// _NOTE_H_

scale.h

/************************************************************************  * description: 音階類  * remark:    ************************************************************************/ #ifndef _SCALE_H_ #define _SCALE_H_ #include "expression.h" class scale : public expression { public:   virtual void excute(string& strKey, const int nValue)   {     string strScale;     switch (nValue)     {     case 1:       strScale = "低音";       break;     case 2:       strScale = "中音";       break;     case 3:       strScale = "高音";       break;     default:       strScale = "error";       break;     }     cout << strScale << " ";   } private: }; #endif// _SCALE_H_

speed.h

#ifndef _SPEED_H_ #define _SPEED_H_ #include "expression.h" class speed : public expression { public:   virtual void excute(string& strKey, const int nValue)   {     string strSpeed;     if (nValue < 3)     {       strSpeed = "快速";     }     else if (nValue >= 6)     {       strSpeed = "慢速";     }     else     {       strSpeed = "中速";     }     cout << strSpeed << " ";   } }; #endif// _SPEED_H_

客戶端： InterpreterApp.cpp

// InterpreterApp.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。 // #include "stdafx.h" #include "note.h" #include "scale.h" #include "speed.h" #include "playContext.h" int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) {   playContext context;   cout << "Music:";      context.setPlayText("T 2 O 2 E 3 G 5 G 5 ");   expression* expressObj = NULL;      while (!context.getPlayText().empty())   {     string strSep = context.getPlayText().substr(0, 1);     char szKey[2];     strncpy(szKey, strSep.c_str(), strSep.length());     switch (szKey[0])     {     case 'O':       expressObj = new scale();       break;     case 'T':       expressObj = new speed();       break;     case 'C':     case 'D':     case 'E':     case 'F':     case 'G':     case 'A':     case 'B':     case 'P':       expressObj = new note();       break;     default:       break;     }     if (NULL != expressObj)     {       expressObj->interpret(context);     }   }   system("pause");   return 0; }

不足之處
解釋器模式不足的是，解釋器模式為文法中的每一條規則至少定義了一個類，因此包含許多規則的文法可能難以管理和維護。建議當文法非常復雜時，使用其他的技術如語法分析程序或編譯器生成器來處理。

適用場景

當有一個語言需要解釋執行, 并且你可將該語言中的句子表示為一個抽象語法樹時，可使用解釋器模式。而當存在以下情況時該模式效果最好：
該文法簡單對于復雜的文法, 文法的類層次變得龐大而無法管理。此時語法分析程序生成器這樣的工具是更好的選擇。它們無需構建抽象語法樹即可解釋表達式, 這樣可以節省空間而且還可能節省時間。
效率不是一個關鍵問題最高效的解釋器通常不是通過直接解釋語法分析樹實現的, 而是首先將它們轉換成另一種形式。例如，正則表達式通常被轉換成狀態機。但即使在這種情況下, 轉換器仍可用解釋器模式實現, 該模式仍是有用的。

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