解釋器模式.cpp

#include <iostream>
#include <map>
#include <stack>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <memory>
#include <set>
#include <sstream>
using namespace std;// 定義一個語言的文法（語法規則），并建立一個解釋器解釋該語言中的句子
// 4種角色
// AbstractExpression（抽象表達式），聲明抽象的解釋操作
// TerminalExpression（終結符表達式），實現語言文法中與終結表達式相關的解釋操作
// NonterminalExpression（非終結符表達式），實現語言文法中與非終結表達式相關的解釋操作
// Context（環境類/上下文類），存儲解釋器之外的全局信息，變量名與值的映射關系、存儲和訪問表達式解釋器的狀態等，作為公共對象的參數傳遞到表達式的解釋操作中namespace ns1
{class Expression // 表達式（節點）父類{public:              // 以下兩個成員變量是為程序跟蹤調試時觀察某些數據方便而引入int m_dbg_num;   // 創建該對象時的一個編號，用于記錄本對象是第幾個創建的char m_dbg_sign; // 標記本對象的類型，可能是個字符v代表變量（終結符表達式），也可能是個加減號（非終結符表達式）public:Expression(int num, char sign) : m_dbg_num(num), m_dbg_sign(sign) {}virtual ~Expression() {}public:                                                         // 解析語法樹中的當前節點virtual int interpret(const map<char, int> &var) const = 0; // 變量名及對應的值};class VarExpression : public Expression // 變量表達式（終結符表達式）{char m_key; // 變量名，本范例中諸如a、b、c、d都是變量名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); } // 返回變量名對應的數值};class SymbolExpression : public Expression // 運算符表達式（非終結符表達式）父類{protected: // 左右各有一個操作數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 // 加法運算符表達式（非終結符表達式）{public:AddExpression(const shared_ptr<Expression> &left, const shared_ptr<Expression> &right, int num, char sign) : SymbolExpression(left, right, num, sign) {} // 構造函數int interpret(const map<char, int> &var) const override{// 分步驟拆開寫，方便理解和觀察int value1 = m_left->interpret(var);  // 遞歸調用左操作數的interpret方法int value2 = m_right->interpret(var); // 遞歸調用右操作數的interpret方法int result = value1 + value2;return result; // 返回兩個變量相加的結果}};class SubExpression : public SymbolExpression // 減法運算符表達式（非終結符表達式）{public:SubExpression(const shared_ptr<Expression> &left, const shared_ptr<Expression> &right, int num, char sign) : SymbolExpression(left, right, num, sign) {} // 構造函數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; // 返回兩個變量相減的結果}};// 分析—創建語法樹（表達式樹）shared_ptr<Expression> analyse(const string &strExp) // strExp：要計算結果的表達式字符串，比如"a-b+c+d"{stack<shared_ptr<Expression>> expStack; // #include <stack>，這里用到了棧這種順序容器shared_ptr<Expression> left;shared_ptr<Expression> right;int icount = 1;for (size_t i = 0; i < strExp.size(); ++i) // 循環遍歷表達式字符串中的每個字符{switch (strExp[i]){case '+':                                                       // 加法運算符表達式（非終結符表達式）left = expStack.top();                                      // 返回棧頂元素（左操作數）right.reset(new VarExpression(strExp[++i], icount++, 'v')); // v代表是個變量節點// 在棧頂增加元素expStack.push(make_shared<AddExpression>(left, right, icount++, '+')); //'+'代表是個減法運算符節點break;case '-':                  // 減法運算符表達式（非終結符表達式）left = expStack.top(); // 返回棧頂元素right.reset(new VarExpression(strExp[++i], icount++, 'v'));expStack.push(make_shared<SubExpression>(left, right, icount++, '-')); //'-'代表是個減法運算符節點break;default: // 變量表達式（終結符表達式）expStack.push(make_shared<VarExpression>(strExp[i], icount++, 'v'));break;}}shared_ptr<Expression> expression = expStack.top(); // 返回棧頂元素return expression;}
}namespace ns2
{class Expression // 表達式父類{public:virtual ~Expression() {}public: // 解析語法樹中的當前節點virtual string interpret() const = 0;};class DirectionExpression : public Expression // 運動方向表達式（終結符表達式）{string m_direction; // 運動方向：up、down、left、right分別表示上、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 // 運動方式表達式（終結符表達式）{string m_action; // 運動方式：walk、run分別表示行走、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 // 運動距離表達式（終結符表達式）{string m_distance; // 運動距離，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”表達式（非終結符表達式）,“運動方向 運動方式 運動距離”構成{shared_ptr<Expression> m_direction; // 運動方向shared_ptr<Expression> m_action;    // 運動方式shared_ptr<Expression> m_distance;  // 運動距離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”表達式（非終結符表達式）{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—創建語法樹（表達式樹）shared_ptr<Expression> analyse(const string &strExp) // strExp：要計算結果的表達式字符串，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;// 機器人運動控制命令之間是用空格來分隔的，所以用空格作為分隔字符來對整個字符串進行拆分vector<string> resultVec;/*char *strc = new char[strlen(strExp.c_str()) + 1];strcpy(strc, strExp.c_str()); // 若本行編譯報錯提醒使用strcpy_s，則可以在文件頭增加代碼行：#pragma warning(disable : 4996)char *tmpStr = strtok(strc, " "); // 按空格來切割字符串while (tmpStr != nullptr){resultVec.push_back(string(tmpStr));tmpStr = strtok(NULL, " ");}delete[] strc;*/stringstream iss(strExp);        // 輸入流string token;                    // 接收緩沖區while (getline(iss, token, ' ')) // 以' '為分隔符resultVec.push_back(token);for (auto iter = resultVec.begin(); iter != resultVec.end(); ++iter){if ((*iter) == "and") // 和{left = expStack.top(); // 返回棧頂元素（左操作數）++iter;direction.reset(new DirectionExpression(*iter)); // 運動方向++iter;action.reset(new ActionExpression(*iter)); // 運動方式++iter;distance.reset(new DistanceExpression(*iter)); // 運動距離right.reset(new SentenceExpression(direction, action, distance));expStack.push(make_shared<AndExpression>(left, right));}else{direction.reset(new DirectionExpression(*iter)); // 運動方向++iter;action.reset(new ActionExpression(*iter)); // 運動方式++iter;distance.reset(new DistanceExpression(*iter)); // 運動距離expStack.push(make_shared<SentenceExpression>(direction, action, distance));}}shared_ptr<Expression> expression = expStack.top(); // 返回棧頂元素return expression;}
}int main()
{
#if 0using namespace ns1;map<char, int> varmap;// 下面是給字符串表達式中所有參與運算的變量一個對應的數值varmap.insert(make_pair('a', 7)); // 類似于賦值語句a = 7varmap.insert(make_pair('b', 9)); // 類似于賦值語句b = 9varmap.insert(make_pair('c', 3)); // 類似于賦值語句c = 3varmap.insert(make_pair('d', 2)); // 類似于賦值語句d = 2string strExp = "a-b+c+d";                           // 將要求值的字符串表達式shared_ptr<Expression> expression = analyse(strExp); // 調用analyse函數創建語法樹int result = expression->interpret(varmap);          // 調用interpret接口求解字符串表達式的結果cout << strExp << " = " << result << endl;           // 輸出字符串表達式結果
#endif#if 1using namespace ns2;string strExp = "left walk 15 and down run 20";shared_ptr<Expression> expression = analyse(strExp); // 調用analyse函數創建語法樹cout << expression->interpret() << endl;
#endifcout << "Over!\n";return 0;
}