解释器模式.cpp

#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;elsereturn "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;elsereturn "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 0using 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 = 7varmap.insert(make_pair('b', 9)); // 类似于赋值语句b = 9varmap.insert(make_pair('c', 3)); // 类似于赋值语句c = 3varmap.insert(make_pair('d', 2)); // 类似于赋值语句d = 2string 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 1using 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;
#endifcout << "Over!\n";return 0;
}