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Qt C++设计模式-＞解释器模式

article 2024/10/10 15:44:13

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，定义了一种用于解释语言的文法表示，并提供一个解释器来解释这些文法。解释器模式将特定领域的语言转化为可执行的逻辑，这些语言可以是编程语言的语法、表达式、或者是一种特定规则的符号表示。

解释器模式的应用场景

解释器模式适用于当有一种特定语言需要解释和执行的情况，尤其是当该语言的规则比较简单、清晰时。常见的应用场景包括：

计算器：解释和计算数学表达式，如加减乘除。
正则表达式解析：用于解析和执行正则表达式。
脚本语言：解释和执行用户自定义的命令或脚本语言。
编译器：编译器的一部分用于将语言的语法规则解释为机器可以执行的代码。
机器人指令集：解释和执行机器人命令的脚本语言。

解释器模式的核心

解释器模式的核心是定义一个表达式接口，负责解释给定的上下文。模式中的主要组成部分包括：

抽象表达式（Abstract Expression）：定义了解释器的接口，提供一个解释方法。
终结符表达式（Terminal Expression）：实现了抽象表达式接口，并对语言中的终结符进行解释。
非终结符表达式（Non-terminal Expression）：用于处理文法中的非终结符，通常会递归地调用其他表达式。
上下文（Context）：包含解释器需要的外部信息，通常是一些全局状态或者输入数据。

解释器模式示例代码

假设我们要实现一个简单的数学表达式解释器，能够解析加法和减法操作。

1. 定义表达式接口和具体实现类

#include <QDebug>
#include <QString>
#include <QStack>
#include <QStringList>

// 抽象表达式类
class Expression {
public:
    virtual int interpret() const = 0;  // 解释方法，返回计算结果
    virtual ~Expression() = default;
};

// 终结符表达式：表示数字
class NumberExpression : public Expression {
private:
    int number;

public:
    NumberExpression(int number) : number(number) {}

    int interpret() const override {
        return number;  // 返回数字本身
    }
};

// 非终结符表达式：加法表达式
class AddExpression : public Expression {
private:
    Expression* left;  // 左侧表达式
    Expression* right; // 右侧表达式

public:
    AddExpression(Expression* left, Expression* right) : left(left), right(right) {}

    int interpret() const override {
        return left->interpret() + right->interpret();  // 解释为左+右
    }

    ~AddExpression() {
        delete left;
        delete right;
    }
};

// 非终结符表达式：减法表达式
class SubtractExpression : public Expression {
private:
    Expression* left;  // 左侧表达式
    Expression* right; // 右侧表达式

public:
    SubtractExpression(Expression* left, Expression* right) : left(left), right(right) {}

    int interpret() const override {
        return left->interpret() - right->interpret();  // 解释为左-右
    }

    ~SubtractExpression() {
        delete left;
        delete right;
    }
};

// 上下文类：负责解析输入表达式并构建解释器树
class ExpressionParser {
public:
    Expression* parse(const QString& input) {
        QStack<Expression*> stack;
        QStringList tokens = input.split(' ');  // 按空格分割输入字符串

        for (const QString& token : tokens) {
            if (token == "+") {
                // 加法操作
                Expression* right = stack.pop();  // 弹出栈顶两个操作数
                Expression* left = stack.pop();
                stack.push(new AddExpression(left, right));  // 创建加法表达式并入栈
            } else if (token == "-") {
                // 减法操作
                Expression* right = stack.pop();
                Expression* left = stack.pop();
                stack.push(new SubtractExpression(left, right));  // 创建减法表达式并入栈
            } else {
                // 数字
                stack.push(new NumberExpression(token.toInt()));  // 将数字转换为终结符表达式并入栈
            }
        }

        return stack.pop();  // 最后栈中的表达式就是完整的解释器树
    }
};

// 使用示例
int main() {
    QString input = "5 3 + 2 -";  // 表示 (5 + 3) - 2
    ExpressionParser parser;
    Expression* expression = parser.parse(input);

    qDebug() << "Result:" << expression->interpret();  // 输出：Result: 6

    delete expression;  // 清理内存
    return 0;
}

代码解析

Expression类：抽象表达式，定义了一个interpret方法，所有具体表达式都必须实现该方法。
NumberExpression类：终结符表达式，表示数字。在解释时，它直接返回数字本身。
AddExpression和SubtractExpression类：非终结符表达式，分别处理加法和减法操作。在解释时，它们会递归地解释左侧和右侧的表达式。
ExpressionParser类：解析输入字符串，并根据表达式的顺序和运算符构建解释器树，使用后缀表达式进行解析。
客户端代码：客户端通过ExpressionParser解析输入的数学表达式，并通过解释器树计算表达式的结果。