【设计模式之解释器模式 -- C++】

解释器模式 -- 语法解析，执行操作

解释器模式是一种设计模式，用于为某个语言定义其语法表示，并提供一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。这种模式通常用于开发专门的语言或脚本引擎，可以解析和执行用户定义的指令或表达式。

组成

1. 抽象表达式（Abstract Expression）：定义解释操作的接口，这个接口为解释特定的上下文提供了解释（interpret）方法。
2. 终结符表达式（Terminal Expression）：实现与文法中的终结符相关联的解释操作。对于语言中的每一个终结符都有一个具体的终结符表达式。
3. 非终结符表达式（Nonterminal Expression）：为文法中的规则提供解释操作的类。这些类依赖于其他的表达式类来解释语言中的句子。
4. 上下文（Context）：包含解释器之外的一些全局信息。
5. 客户端（Client）：构建（或被给定）表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树。这个抽象语法树由非终结符表达式和终结符表达式组成。然后客户端调用解释操作。

优点

1. 扩展性：通过定义新的解释器（即表达式类），可以很容易地添加新的解释规则和语法，使得系统更加灵活。
2. 易于实现文法：对于一些简单的文法，使用解释器模式可以快速实现语言的解释执行。
3. 分离表达式的解释和执行：解释器模式将一个复杂表达式的解释过程分解成一系列更简单的表达式的解释，使得代码更加清晰、易于理解和维护。

使用场景

1. 特定类型的问题出现频繁：当特定类型的问题频繁出现，且可以用一种简单的语言来表达时，可以使用解释器模式来解释这种语言。
2. 构建简单的脚本语言或命令行：当需要构建一种新的脚本语言或者需要解释命令行命令时，解释器模式提供了一种简单的方式。
3. 编译器或解释器的前端：对于编译器或解释器的前端，特别是在语法分析阶段，解释器模式可以用来解释语言的语法。
4. SQL解析、符号处理引擎：在需要解析SQL查询或处理数学表达式符号的应用中，解释器模式可以有效地解析和处理这些结构。

实现

1. 抽象表达式（Abstract Expression）：定义解释操作的接口，这个接口为解释特定的上下文提供了解释（interpret）方法。

class Expression {
public:
    virtual int interpret() const = 0;
    virtual ~Expression() = default;
};

2. 终结符表达式（Terminal Expression）：实现与文法中的终结符相关联的解释操作。对于语言中的每一个终结符都有一个具体的终结符表达式。

class Number : public Expression {
private:
    int number;
public:
    Number(int number) : number(number) {}
    int interpret() const override {
        return number;
    }
};

3. 非终结符表达式（Nonterminal Expression）：为文法中的规则提供解释操作的类。这些类依赖于其他的表达式类来解释语言中的句子。

class Add : public Expression {
private:
    std::shared_ptr<Expression> leftExpression;
    std::shared_ptr<Expression> rightExpression;
public:
    Add(std::shared_ptr<Expression> left, std::shared_ptr<Expression> right) : leftExpression(left), rightExpression(right) {}
    int interpret() const override {
        return leftExpression->interpret() + rightExpression->interpret();
    }
};

4. 上下文（Context）：包含解释器之外的一些全局信息。

class Subtract : public Expression {
private:
    std::shared_ptr<Expression> leftExpression;
    std::shared_ptr<Expression> rightExpression;
public:
    Subtract(std::shared_ptr<Expression> left, std::shared_ptr<Expression> right) : leftExpression(left), rightExpression(right) {}
    int interpret() const override {
        return leftExpression->interpret() - rightExpression->interpret();
    }
};

5. 客户端（Client）：构建（或被给定）表示该文法定义的语言中一个特定的句子的抽象语法树。这个抽象语法树由非终结符表达式和终结符表达式组成。然后客户端调用解释操作。

int main() {
    std::shared_ptr<Expression> expression = std::make_shared<Add>(
        std::make_shared<Number>(1),
        std::make_shared<Subtract>(
            std::make_shared<Number>(3),
            std::make_shared<Number>(1)
        )
    );
    std::cout << "Result: " << expression->interpret() << std::endl;
    return 0;
}

6. 结果
   在这个例子中，Number 类是终结符表达式，代表数字；Add 和 Subtract 类是非终结符表达式，分别代表加法和减法操作。客户端代码构建了一个表达式树来表示表达式 1 + (3 - 1)，然后调用 interpret 方法来计算和输出结果。

Result: 3