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#include <iostream>
#include <map>
#include <stack>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <memory>
#include <set>
#include <sstream>
using namespace std;
// 定义一个语言的文法（语法规则），并建立一个解释器解释该语言中的句子
// 4种角色
// AbstractExpression（抽象表达式），声明抽象的解释操作
// TerminalExpression（终结符表达式），实现语言文法中与终结表达式相关的解释操作
// NonterminalExpression（非终结符表达式），实现语言文法中与非终结表达式相关的解释操作
// Context（环境类/上下文类），存储解释器之外的全局信息，变量名与值的映射关系、存储和访问表达式解释器的状态等，作为公共对象的参数传递到表达式的解释操作中
namespace ns1
{
class Expression // 表达式（节点）父类
{
public: // 以下两个成员变量是为程序跟踪调试时观察某些数据方便而引入
int m_dbg_num; // 创建该对象时的一个编号，用于记录本对象是第几个创建的
char m_dbg_sign; // 标记本对象的类型，可能是个字符v代表变量（终结符表达式），也可能是个加减号（非终结符表达式）
public:
Expression(int num, char sign) : m_dbg_num(num), m_dbg_sign(sign) {}
virtual ~Expression() {}
public: // 解析语法树中的当前节点
virtual int interpret(const map<char, int> &var) const = 0; // 变量名及对应的值
};
class VarExpression : public Expression // 变量表达式（终结符表达式）
{
char m_key; // 变量名，本范例中诸如a、b、c、d都是变量名
public:
VarExpression(const char &key, int num, char sign) : Expression(num, sign), m_key(key) {}
int interpret(const map<char, int> &var) const override { return var.at(m_key); } // 返回变量名对应的数值
};
class SymbolExpression : public Expression // 运算符表达式（非终结符表达式）父类
{
protected: // 左右各有一个操作数
shared_ptr<Expression> m_left;
shared_ptr<Expression> m_right;
public:
SymbolExpression(const shared_ptr<Expression> &left, const shared_ptr<Expression> &right, int num, char sign) : m_left(left), m_right(right), Expression(num, sign) {}
shared_ptr<Expression> getLeft() const { return m_left; }
shared_ptr<Expression> getRight() const { return m_right; }
};
class AddExpression : public SymbolExpression // 加法运算符表达式（非终结符表达式）
{
public:
AddExpression(const shared_ptr<Expression> &left, const shared_ptr<Expression> &right, int num, char sign) : SymbolExpression(left, right, num, sign) {} // 构造函数
int interpret(const map<char, int> &var) const override
{
// 分步骤拆开写，方便理解和观察
int value1 = m_left->interpret(var); // 递归调用左操作数的interpret方法
int value2 = m_right->interpret(var); // 递归调用右操作数的interpret方法
int result = value1 + value2;
return result; // 返回两个变量相加的结果
}
};
class SubExpression : public SymbolExpression // 减法运算符表达式（非终结符表达式）
{
public:
SubExpression(const shared_ptr<Expression> &left, const shared_ptr<Expression> &right, int num, char sign) : SymbolExpression(left, right, num, sign) {} // 构造函数
int interpret(const map<char, int> &var) const override
{
int value1 = m_left->interpret(var);
int value2 = m_right->interpret(var);
int result = value1 - value2;
return result; // 返回两个变量相减的结果
}
};
// 分析---创建语法树（表达式树）
shared_ptr<Expression> analyse(const string &strExp) // strExp：要计算结果的表达式字符串，比如"a-b+c+d"
{
stack<shared_ptr<Expression>> expStack; // #include <stack>，这里用到了栈这种顺序容器
shared_ptr<Expression> left;
shared_ptr<Expression> right;
int icount = 1;
for (size_t i = 0; i < strExp.size(); ++i) // 循环遍历表达式字符串中的每个字符
{
switch (strExp[i])
{
case '+': // 加法运算符表达式（非终结符表达式）
left = expStack.top(); // 返回栈顶元素（左操作数）
right.reset(new VarExpression(strExp[++i], icount++, 'v')); // v代表是个变量节点
// 在栈顶增加元素
expStack.push(make_shared<AddExpression>(left, right, icount++, '+')); //'+'代表是个减法运算符节点
break;
case '-': // 减法运算符表达式（非终结符表达式）
left = expStack.top(); // 返回栈顶元素
right.reset(new VarExpression(strExp[++i], icount++, 'v'));
expStack.push(make_shared<SubExpression>(left, right, icount++, '-')); //'-'代表是个减法运算符节点
break;
default: // 变量表达式（终结符表达式）
expStack.push(make_shared<VarExpression>(strExp[i], icount++, 'v'));
break;
}
}
shared_ptr<Expression> expression = expStack.top(); // 返回栈顶元素
return expression;
}
}
namespace ns2
{
class Expression // 表达式父类
{
public:
virtual ~Expression() {}
public: // 解析语法树中的当前节点
virtual string interpret() const = 0;
};
class DirectionExpression : public Expression // 运动方向表达式（终结符表达式）
{
string m_direction; // 运动方向：up、down、left、right分别表示上、下、左、右
public:
DirectionExpression(const string &direction) : m_direction(direction) {}
string interpret() const override
{
static set<string> directionSet = {"up", "down", "left", "right"};
if (directionSet.find(m_direction) != directionSet.end())
return m_direction;
else
return "direction error";
}
};
class ActionExpression : public Expression // 运动方式表达式（终结符表达式）
{
string m_action; // 运动方式：walk、run分别表示行走、奔跑
public:
ActionExpression(const string &action) : m_action(action) {}
string interpret() const override
{
static set<string> actionSet = {"walk", "run"};
if (actionSet.find(m_action) != actionSet.end())
return m_action;
else
return "action error";
}
};
class DistanceExpression : public Expression // 运动距离表达式（终结符表达式）
{
string m_distance; // 运动距离，用字符串表示即可
public:
DistanceExpression(const string &distance) : m_distance(distance) {}
string interpret() const override
{
return m_distance + "m";
}
};
class SentenceExpression : public Expression // "句子"表达式（非终结符表达式）,"运动方向 运动方式 运动距离"构成
{
shared_ptr<Expression> m_direction; // 运动方向
shared_ptr<Expression> m_action; // 运动方式
shared_ptr<Expression> m_distance; // 运动距离
public:
SentenceExpression(const shared_ptr<Expression> &direction, const shared_ptr<Expression> &action, const shared_ptr<Expression> &distance)
: m_direction(direction), m_action(action), m_distance(distance) {}
shared_ptr<Expression> getDirection() const { return m_direction; }
shared_ptr<Expression> getAction() const { return m_action; }
shared_ptr<Expression> getDistance() const { return m_distance; }
string interpret() const override
{
return m_direction->interpret() + " " + m_action->interpret() + " " + m_distance->interpret();
}
};
class AndExpression : public Expression // "和"表达式（非终结符表达式）
{
shared_ptr<Expression> m_left;
shared_ptr<Expression> m_right;
public:
AndExpression(const shared_ptr<Expression> &left, const shared_ptr<Expression> &right) : m_left(left), m_right(right) {}
shared_ptr<Expression> getLeft() const { return m_left; }
shared_ptr<Expression> getRight() const { return m_right; }
string interpret() const override
{
return m_left->interpret() + " and " + m_right->interpret();
}
};
// 分析---创建语法树（表达式树）
shared_ptr<Expression> analyse(const string &strExp) // strExp：要计算结果的表达式字符串，比如"left walk 15 and down run 20"
{
stack<shared_ptr<Expression>> expStack;
shared_ptr<Expression> direction;
shared_ptr<Expression> action;
shared_ptr<Expression> distance;
shared_ptr<Expression> left;
shared_ptr<Expression> right;
// 机器人运动控制命令之间是用空格来分隔的，所以用空格作为分隔字符来对整个字符串进行拆分
vector<string> resultVec;
/*
char *strc = new char[strlen(strExp.c_str()) + 1];
strcpy(strc, strExp.c_str()); // 若本行编译报错提醒使用strcpy_s，则可以在文件头增加代码行：#pragma warning(disable : 4996)
char *tmpStr = strtok(strc, " "); // 按空格来切割字符串
while (tmpStr != nullptr)
{
resultVec.push_back(string(tmpStr));
tmpStr = strtok(NULL, " ");
}
delete[] strc;
*/
stringstream iss(strExp); // 输入流
string token; // 接收缓冲区
while (getline(iss, token, ' ')) // 以' '为分隔符
resultVec.push_back(token);
for (auto iter = resultVec.begin(); iter != resultVec.end(); ++iter)
{
if ((*iter) == "and") // 和
{
left = expStack.top(); // 返回栈顶元素（左操作数）
++iter;
direction.reset(new DirectionExpression(*iter)); // 运动方向
++iter;
action.reset(new ActionExpression(*iter)); // 运动方式
++iter;
distance.reset(new DistanceExpression(*iter)); // 运动距离
right.reset(new SentenceExpression(direction, action, distance));
expStack.push(make_shared<AndExpression>(left, right));
}
else
{
direction.reset(new DirectionExpression(*iter)); // 运动方向
++iter;
action.reset(new ActionExpression(*iter)); // 运动方式
++iter;
distance.reset(new DistanceExpression(*iter)); // 运动距离
expStack.push(make_shared<SentenceExpression>(direction, action, distance));
}
}
shared_ptr<Expression> expression = expStack.top(); // 返回栈顶元素
return expression;
}
}
int main()
{
#if 0
using namespace ns1;
map<char, int> varmap;
// 下面是给字符串表达式中所有参与运算的变量一个对应的数值
varmap.insert(make_pair('a', 7)); // 类似于赋值语句a = 7
varmap.insert(make_pair('b', 9)); // 类似于赋值语句b = 9
varmap.insert(make_pair('c', 3)); // 类似于赋值语句c = 3
varmap.insert(make_pair('d', 2)); // 类似于赋值语句d = 2
string strExp = "a-b+c+d"; // 将要求值的字符串表达式
shared_ptr<Expression> expression = analyse(strExp); // 调用analyse函数创建语法树
int result = expression->interpret(varmap); // 调用interpret接口求解字符串表达式的结果
cout << strExp << " = " << result << endl; // 输出字符串表达式结果
#endif
#if 1
using namespace ns2;
string strExp = "left walk 15 and down run 20";
shared_ptr<Expression> expression = analyse(strExp); // 调用analyse函数创建语法树
cout << expression->interpret() << endl;
#endif
cout << "Over!\n";
return 0;
}