C++解释器模式详解（从零开始掌握解释器设计模式）

为什么使用C++解释器模式？

当你需要处理一种简单的语言（比如配置文件、数学表达式、逻辑条件等），而不想引入完整的解析器库时，C++解释器模式是一个轻量级且灵活的选择。

例如：

• 解析布尔表达式（如：a AND (b OR c)）
• 计算数学公式（如：3 + 5 * 2）
• 处理自定义查询语言

C++解释器模式的核心结构

解释器模式通常包含以下角色：

1. AbstractExpression（抽象表达式）：声明解释操作的接口。
2. TerminalExpression（终结符表达式）：实现与文法中的终结符相关的解释操作。
3. NonterminalExpression（非终结符表达式）：实现由多个子表达式组成的复杂表达式的解释操作。
4. Context（上下文）：包含解释器之外的全局信息。
5. Client（客户端）：构建抽象语法树并调用解释操作。

实战：用C++实现一个简单的布尔表达式解释器

我们来实现一个能解释简单布尔表达式的解释器，支持变量、AND、OR 操作。

#include <iostream>#include <map>#include <string>#include <memory>// 上下文：存储变量值struct Context {    std::map<std::string, bool> variables;        void setVariable(const std::string& name, bool value) {        variables[name] = value;    }        bool getVariable(const std::string& name) const {        auto it = variables.find(name);        if (it != variables.end()) {            return it->second;        }        return false; // 默认为 false    }};// 抽象表达式class AbstractExpression {public:    virtual ~AbstractExpression() = default;    virtual bool interpret(const Context& context) const = 0;};// 终结符表达式：变量class VariableExpression : public AbstractExpression {private:    std::string name;public:    explicit VariableExpression(const std::string& n) : name(n) {}        bool interpret(const Context& context) const override {        return context.getVariable(name);    }};// 非终结符表达式：ANDclass AndExpression : public AbstractExpression {private:    std::unique_ptr<AbstractExpression> left;    std::unique_ptr<AbstractExpression> right;public:    AndExpression(std::unique_ptr<AbstractExpression> l,                   std::unique_ptr<AbstractExpression> r)        : left(std::move(l)), right(std::move(r)) {}        bool interpret(const Context& context) const override {        return left->interpret(context) && right->interpret(context);    }};// 非终结符表达式：ORclass OrExpression : public AbstractExpression {private:    std::unique_ptr<AbstractExpression> left;    std::unique_ptr<AbstractExpression> right;public:    OrExpression(std::unique_ptr<AbstractExpression> l,                  std::unique_ptr<AbstractExpression> r)        : left(std::move(l)), right(std::move(r)) {}        bool interpret(const Context& context) const override {        return left->interpret(context) || right->interpret(context);    }};// 客户端代码int main() {    // 构建表达式: (a AND b) OR (c AND a)    auto expr = std::make_unique<OrExpression>(        std::make_unique<AndExpression>(            std::make_unique<VariableExpression>("a"),            std::make_unique<VariableExpression>("b")        ),        std::make_unique<AndExpression>(            std::make_unique<VariableExpression>("c"),            std::make_unique<VariableExpression>("a")        )    );        Context ctx;    ctx.setVariable("a", true);    ctx.setVariable("b", false);    ctx.setVariable("c", true);        bool result = expr->interpret(ctx);    std::cout << "Result: " << (result ? "true" : "false") << std::endl;        return 0;}

代码解析

上面的代码展示了如何用C++解释器模式构建一个布尔表达式解释器：

• Context 存储变量名和布尔值的映射。
• AbstractExpression 是所有表达式的基类，定义了 interpret() 接口。
• VariableExpression 是终结符，直接查表返回变量值。
• AndExpression 和 OrExpression 是非终结符，递归调用子表达式的 interpret() 方法。

运行结果为 true，因为 (true AND false) OR (true AND true) 等价于 false OR true = true。

优缺点分析

优点：

• 易于扩展新的语法规则（只需新增表达式类）
• 结构清晰，符合开闭原则

缺点：

• 对于复杂文法，类数量会爆炸式增长
• 性能不如专业解析器（如使用词法/语法分析器生成工具）

适用场景

当你需要处理以下情况时，可以考虑使用解释器模式实现：

• 简单的领域特定语言（DSL）
• 规则引擎中的条件判断
• 配置文件中的表达式求值

总结

通过本教程，你已经掌握了C++编程教程中关于解释器模式的核心思想和实现方法。虽然它不适合处理非常复杂的语言，但对于小型表达式系统来说，是一种优雅且可维护的解决方案。

记住：设计模式不是银弹，而是工具箱中的一种工具。合理使用C++解释器模式，能让你的代码更具扩展性和可读性。