读懂老板的暗语，你需要知道解释器模式！

用户6557940

发布于 2022-07-24 15:51:27

2880

发布于 2022-07-24 15:51:27

文章被收录于专栏：Jungle笔记

引言

看过《大明王朝1566》吗？这是Jungle所看过的历史剧当中最最喜欢和推崇的一部剧。看过这部剧的小伙伴们都知道，嘉靖皇帝说话从来不会明明白白说出来，而是喜欢绕着说，或者说暗语，若不细细揣测，根本不知道嘉靖说的真实含义是什么。比如他跟陈洪说“行到水穷处，坐看云起时”，陈洪就意会到皇上是让他除草；太子喜获儿子，嘉靖给了枣和栗……要是Jungle生活在那时候，脑壳真得变大啊，整天揣测皇帝的意图都够了。要是有个解释器就好了，能够把皇帝的话解释为明明白白的语言！

解释器模式概述

解释器模式用于描述一个简单的语言解释器，主要应用于使用面向对象语言开发的解释器的设计。当需要开发一个新的语言是，可以使用解释器模式。

解释器模式： 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。

解释器模式需要解决的是，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。这样就可以构件一个解释器，该解释器通过解释这些句子，来解决该问题。解释器模式描述了如何为简单的语言定义一个文法，如何在该语言中表示一个句子，以及如何解释这些句子。

解释器模式结构

解释器模式的结构由抽象表达式、终结符表达式、非终结符表达式和环境类组成：

AbstractExpression（抽象表达式）：声明了抽象的解释操作interpret()，是所有终结符表达式和非终结符表达式的基类；
TerminalExpression（终结符表达式）：终结符是文法规则的组成元素中最基本的语言单位，不能再分解。终结符表达式实现了与文法规则中终结符相关的解释操作，句子中的每一个终结符都是该类的一个实例。
NonterminalExpression（非终结符表达式）：实现了文法规则中非终结符的解释操作，因为非终结符表达式同样可以包含终结符表达式，所以终结符表达式可以是非终结符表达式的成员。
Context（环境类）：即上下文类，用于存储解释器之外的一些全局信息，通常临时存储需要解释的语句。

解释器模式的UML图如上所示。抽象表达式声明了抽象接口interpret()，终结符表达式和非终结符表达式式具体实现了该接口。其中，终结符表达式的interpret()接口实现了具体的解释操作，而非终结符表达式中可能包含终结符表达式或者非终结符表达式，所以非终结符表达式的interpret()接口中可能是递归调用每一个组成部分的interpret()方法。

解释器模式代码实例

本节Jungle使用解释器模式实现下面一个小功能：设计一个简单的解释器，使得系统可以解释0和1的或运算和与运算（不考虑或运算和与运算的优先级，即从左往右依次运算），语句表达式和输出结果的几个实例如下表：

结合前面叙述的解释器模式的结构和本例，可以划分出以下角色：

终结符表达式角色——值节点（ValueNode）：0、1，因为它们是表达式的基本组成元素，不可再细分
终结符表达式角色——运算符节点（OperatorNode）：运算符号“and”和“or” ，同样也是表达式的基本组成元素
非终结符表达式角色——句子节点（SentenceNode）：类似于“1 and 1”这样的表达式或者更长的组合表达式
上下文类角色——处理者（Handler）：保存输入的表达式和输出的结果

由此，本例的UML实例图如下：

3.1.抽象表达式

// 抽象表达式类
class AbstractNode
{
public:
  AbstractNode(){}
  // 声明抽象接口
  virtual char interpret() = 0;
};

3.2.终结符表达式角色——值节点

// 终结符表达式：ValueNode
class ValueNode :public AbstractNode
{
public :
  ValueNode(){}
  ValueNode(int iValue){
    this->value = iValue;
  }
  // 实现解释操作
  char interpret(){
    return value;
  }
private:
  int value;
};

3.3.终结符表达式角色——运算符节点

// 终结符表达式：OperationNode
class OperatorNode :public AbstractNode
{
public:
  OperatorNode(){}
  OperatorNode(string iOp){
    this->op = iOp;
  }
  // 实现解释操作
  char interpret(){
    if (op == "and"){
      return '&';
    }
    else if (op == "or"){
      return '|';
    }
    return 0;
  }
private:
  string op;
};

3.4.非终结符表达式角色——句子节点

每一个句子节点由“左值节点+运算符节点+右值节点”组成。

// 非终结符表达式：SentenceNode
class SentenceNode :public AbstractNode
{
public:
  SentenceNode(){}
  SentenceNode(AbstractNode *iLeftNode,
    AbstractNode *iRightNode, AbstractNode* iOperatorNode){
    this->leftNode = iLeftNode;
    this->rightNode = iRightNode;
    this->operatorNode = iOperatorNode;
  }
  char interpret(){
    if (operatorNode->interpret() == '&'){
      return leftNode->interpret()&rightNode->interpret();
    }
    else{
      return leftNode->interpret()|rightNode->interpret();
    }
    return 0;
  }
private:
  AbstractNode *leftNode;
  AbstractNode *rightNode;
  AbstractNode *operatorNode;
};

3.5.上下文角色——处理者

处理者将处理输入的表达式，并解释出表达式最终的结果。

// 处理者
class Handler
{
public:
  Handler(){}
  void setInput(string iInput){
    this->input = iInput;
  }
  void handle(){
    AbstractNode      *left = NULL;
    AbstractNode     *right = NULL;
    AbstractNode        *op = NULL;
    AbstractNode  *sentence = NULL;
    string iInput = this->input;
    vector<string>inputList;
    char* inputCh = const_cast<char*>(iInput.c_str());
    char *token = strtok(inputCh, " ");
    while (token != NULL){
      inputList.push_back(token);
      token = strtok(NULL, " ");
    }
    for (int i = 0; i < inputList.size() - 2; i += 2){
      left = new ValueNode(*(inputList[i].c_str()));
      op = new OperatorNode(inputList[i + 1]);
      right = new ValueNode(*(inputList[i+2].c_str()));
      sentence = new SentenceNode(left, right, op);
      inputList[i + 2] = string(1, sentence->interpret());
    }
    string tmpRes = inputList[inputList.size() - 1];
    if (tmpRes == "1"){
      result = 1;
    }
    else if (tmpRes == "0"){
      result = 0;
    }
    else{
      result = -1;
    }
    this->output();
  }
  void output(){
    printf("%s = %d\n", input.c_str(), result);
  }
private:
  string input;
  char result;
};

3.6.客户端代码示例和结果

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

int main()
{
  Handler *handler = new Handler();

  string input_1 = "1 and 1";
  string input_2 = "1 and 0";
  string input_3 = "0 and 1";
  string input_4 = "0 and 0";
  string input_5 = "0 or 0";
  string input_6 = "0 or 1";
  string input_7 = "1 or 0";
  string input_8 = "1 or 1";
  string input_9 = "1 and 0 or 1";
  string input_10 = "0 or 0 and 1";
  string input_11 = "1 or 1 and 1 and 0";
  string input_12 = "0 and 1 and 1 and 1";
  string input_13 = "0 and 1 and 1 and 1 or 1 or 0 and 1";
  handler->setInput(input_1); handler->handle();
  handler->setInput(input_2); handler->handle();
  handler->setInput(input_3); handler->handle();
  handler->setInput(input_4); handler->handle();
  handler->setInput(input_5); handler->handle();
  handler->setInput(input_6); handler->handle();
  handler->setInput(input_7); handler->handle();
  handler->setInput(input_8); handler->handle();
  handler->setInput(input_9); handler->handle();
  handler->setInput(input_10); handler->handle();
  handler->setInput(input_11); handler->handle();
  handler->setInput(input_12); handler->handle();
  handler->setInput(input_13); handler->handle();

  printf("\n\n");
  system("pause");
  return 0;
}

运行结果如下：

总结

优点：

易于改变和扩展文法，在解释器中使用类表示语言的文法规则，可以通过继承等机制类改变或扩展文法；
每一条文法规则都可以表示为一个类，因此可以方便地实现一个简单的语言；
如果要增加新的解释表达式，只需增加一个新的终结符表达式或非终结符表达式类，无需修改原有代码，符合开闭原则。

缺点：

对于复杂文法难以维护。在解释器模式中每一条规则至少需要定义一个类，因此如果一个语言包含太多文法规则，类的个数将会大量增加，导致系统难以管理和维护；
执行效率低，因为解释器模式中有大量循环和递归调用。

适用环境：

一些重复出现的问题可以用一种简单的语言进行表达；
一个语言的文法较为简单；
不考虑执行效率的问题时可以使用解释器模式。

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原始发表：2019-11-21，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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