23种设计模式 - 解释器模式

模式定义

解释器模式（Interpreter Pattern）是一种行为型设计模式，用于为特定语言（如数控系统的G代码）定义文法规则，并构建解释器来解析和执行该语言的语句。它通过将语法规则分解为多个类，实现复杂指令的逐层解析。

模式结构

抽象表达式（Abstract Expression）

定义interpret()接口，声明解释操作的抽象方法（如void interpret(Context& context)）。
终结符表达式（Terminal Expression）
实现文法中的基本元素（如G代码指令G00、G01），直接处理具体操作。
非终结符表达式（Non-terminal Expression）
处理复合语法结构（如嵌套指令组合），通过递归调用子表达式实现复杂逻辑。
上下文（Context）
存储解释器所需的全局信息（如机床坐标、刀具状态）。

适用场景

数控系统G代码解析：将G00 X100 Y200等指令转换为机床运动控制。

数学公式计算：解析并执行如(3+5)*2的表达式。

自定义脚本引擎：实现简单控制逻辑的脚本语言。

C++示例（数控G代码解析）

场景说明：

设计一个解释器，解析数控系统的G代码指令（如G00快速定位、G01直线插补），并更新机床坐标。

cpp 复制代码

#include 
#include 
#include 
#include 

// 上下文类：存储机床坐标
class Context {
public:
    float x, y;
    Context() : x(0), y(0) {}
};

// 抽象表达式
class Expression {
public:
    virtual void interpret(Context& context) = 0;
    virtual ~Expression() = default;
};

// 终结符表达式：G00指令（快速移动）
class G00Command : public Expression {
private:
    float targetX, targetY;
public:
    G00Command(float x, float y) : targetX(x), targetY(y) {}
    void interpret(Context& context) override {
        context.x = targetX;
        context.y = targetY;
        std::cout << "快速定位至 (" << context.x << ", " << context.y << ")\n";
    }
};

// 终结符表达式：G01指令（直线插补）
class G01Command : public Expression {
private:
    float targetX, targetY;
public:
    G01Command(float x, float y) : targetX(x), targetY(y) {}
    void interpret(Context& context) override {
        context.x = targetX;
        context.y = targetY;
        std::cout << "直线插补至 (" << context.x << ", " << context.y << ")\n";
    }
};

// 解析器：将字符串指令转换为表达式对象
Expression* parseCommand(const std::string& input) {
    std::istringstream iss(input);
    std::string cmd;
    float x, y;
    iss >> cmd >> x >> y;

    if (cmd == "G00") return new G00Command(x, y);
    else if (cmd == "G01") return new G01Command(x, y);
    return nullptr;
}

// 客户端使用
int main() {
    Context context;
    std::string code = "G00 100 200\nG01 300 150";  // 模拟G代码输入

    std::istringstream stream(code);
    std::string line;
    while (std::getline(stream, line)) {
        Expression* expr = parseCommand(line);
        if (expr) {
            expr->interpret(context);
            delete expr;
        }
    }
    return 0;
}

代码解析

上下文类：存储机床的当前坐标x和y。

表达式类：

G00Command和G01Command为终结符表达式，直接修改坐标并输出动作。
解析逻辑：parseCommand将输入字符串拆解为指令和参数，生成对应表达式对象。
执行过程：逐行解析G代码，调用interpret()更新坐标状态。