Шаблон переводчика - Interpreter pattern

В компьютерное программирование, то шаблон интерпретатора это шаблон дизайна который определяет, как оценивать предложения на языке. Основная идея состоит в том, чтобы иметь класс для каждого символа (Терминал или нетерминальный ) в специализированный компьютерный язык. В синтаксическое дерево предложения на языке - это пример составной узор и используется для оценки (интерпретации) предложения для клиента.[1]:243 Смотрите также Составной узор.

Обзор

Переводчик[2]шаблон дизайна - один из двадцати трех хорошо известных Шаблоны проектирования GoF в которых описывается, как решать повторяющиеся проблемы проектирования для разработки гибкого и многократно используемого объектно-ориентированного программного обеспечения, то есть объектов, которые легче реализовать, изменить, протестировать и повторно использовать.

Какие проблемы может решить шаблон проектирования Interpreter? [3]

  • А грамматика для простого языка следует определить
  • так что предложения на языке можно интерпретировать.

Когда проблема возникает очень часто, ее можно представить в виде предложения на простом языке (Языки, специфичные для домена ), чтобы переводчик мог решить проблему, интерпретируя предложение.

Например, когда необходимо указать много различных или сложных поисковых выражений, их внедрение (жесткое подключение) непосредственно в класс негибко, поскольку оно связывает класс с определенными выражениями и делает невозможным определение новых выражений или изменение существующих независимо от (без необходимо изменить) класс.

Какое решение описывает шаблон проектирования Interpreter?

  • Определите грамматику для простого языка, определив Выражение иерархия классов и реализация интерпретировать () операция.
  • Представьте предложение на языке абстрактным синтаксическим деревом (AST), состоящим из Выражение экземпляры.
  • Интерпретируйте предложение, позвонив интерпретировать () на АСТ.

Объекты выражения рекурсивно объединяются в составную / древовидную структуру, которая называетсяабстрактное синтаксическое дерево (увидеть Составной узор ).
Шаблон интерпретатора не описывает, как построить абстрактное синтаксическое дерево. Это может быть сделано либо вручную клиентом, либо автоматически парсер.

См. Также схему классов и объектов UML ниже.

Использует

  • Специализированные языки запросов к базам данных, такие как SQL.
  • Специализированные компьютерные языки, которые часто используются для описания протоколов связи.
  • Большинство компьютерных языков общего назначения фактически включают в себя несколько специализированных языков.

Структура

Диаграмма классов и объектов UML

Образец класса UML и диаграммы объектов для шаблона проектирования интерпретатора.[4]

В приведенном выше UML диаграмма классов, то Клиент класс относится к общим АннотацияВыражение интерфейс для интерпретации выраженияинтерпретировать (контекст).
В Терминальное выражение class не имеет потомков и интерпретирует выражение напрямую.
В NonTerminalExpression класс поддерживает контейнер дочерних выражений (выражения) и пересылает запросы на интерпретацию этим выражения.

Диаграмма взаимодействия объектов показывает взаимодействия во время выполнения: Клиент объект отправляет запрос интерпретации абстрактному синтаксическому дереву. Запрос направляется (выполняется) всем объектам вниз по древовидной структуре.
В NonTerminalExpression объекты (ntExpr1, ntExpr2) пересылают запрос своим дочерним выражениям.
В Терминальное выражение объекты (tExpr1, tExpr2,…) выполнять интерпретацию напрямую.

Диаграмма классов UML

Интерпретатор UML class diagram.svg

Примеры

BNF

Следующее Форма Бэкуса – Наура Пример иллюстрирует шаблон интерпретатора. Грамматика

выражение ::= плюс | минус | переменная | numberplus ::= выражение выражение '+' минус ::= выражение выражение '-'переменная ::= 'а' | 'b' | 'c' | ... | 'z'digit =' 0 '| '1' | ... | Номер 9 ::= цифра | цифровой номер

определяет язык, содержащий Обратная польская запись такие выражения, как:

а б + а б в + -а б + с а - -

C #

Этот структурный код демонстрирует шаблоны интерпретатора, которые, используя определенную грамматику, предоставляют интерпретатор, обрабатывающий проанализированные операторы.

пространство имен DesignPatterns.Interpreter{    // «Контекст»    класс Контекст    {    }    // "Абстрактное выражение"    Абстрактные класс АннотацияВыражение    {        общественный Абстрактные пустота Интерпретировать(Контекст контекст);    }    // "Терминальное выражение"    класс Терминальное выражение : АннотацияВыражение    {        общественный отменять пустота Интерпретировать(Контекст контекст)        {            Консоль.WriteLine("Вызывается Terminal.Interpret ()");        }    }    // "Нетерминальное выражение"    класс Нетерминальное выражение : АннотацияВыражение    {        общественный отменять пустота Интерпретировать(Контекст контекст)        {            Консоль.WriteLine("Вызывается Nonterminal.Interpret ()");        }    }    класс MainApp    {        статический пустота Основной()        {            вар контекст = новый Контекст();            // Обычно дерево            вар список = новый Список<АннотацияВыражение>();            // Заполняем 'абстрактное синтаксическое дерево'            список.Добавить(новый Терминальное выражение());            список.Добавить(новый Нетерминальное выражение());            список.Добавить(новый Терминальное выражение());            список.Добавить(новый Терминальное выражение());            // Интерпретировать            для каждого (АннотацияВыражение exp в список)            {                exp.Интерпретировать(контекст);            }        }    }}

Ява

Следуя шаблону интерпретатора, нам нужно реализовать интерфейс Expr с лямбдой (это может быть класс) для каждого правила грамматики.

общественный класс Переводчик {    @FunctionalInterface    общественный интерфейс Expr {        int интерпретировать(карта<Строка, Целое число> контекст);                статический Expr количество(int количество) {            вернуть контекст -> количество;        }                статический Expr плюс(Expr осталось, Expr правильно) {            вернуть контекст -> осталось.интерпретировать(контекст) + правильно.интерпретировать(контекст);        }                статический Expr минус(Expr осталось, Expr правильно) {            вернуть контекст -> осталось.интерпретировать(контекст) - правильно.интерпретировать(контекст);        }                статический Expr переменная(Строка имя) {            вернуть контекст -> контекст.getOrDefault(имя, 0);        }    }

Хотя шаблон интерпретатора не касается синтаксического анализа,[1]:247 парсер предоставляется для полноты.

    частный статический Expr parseToken(Строка жетон, ArrayDeque<Expr> стек) {        Expr осталось, правильно;        переключатель(жетон) {        кейс "+":            // Необходимо сначала удалить из стека правый операнд            правильно = стек.поп();            // ... а потом левый            осталось = стек.поп();            вернуть Expr.плюс(осталось, правильно);        кейс "-":            правильно = стек.поп();            осталось = стек.поп();            вернуть Expr.минус(осталось, правильно);        по умолчанию:            вернуть Expr.переменная(жетон);        }    }    общественный статический Expr разбирать(Строка выражение) {        ArrayDeque<Expr> стек = новый ArrayDeque<Expr>();        для (Строка жетон : выражение.Трещина(" ")) {            стек.От себя(parseToken(жетон, стек));        }        вернуть стек.поп();    }

Наконец, вычисляем выражение «w x z - +» с w = 5, x = 10 и z = 42.

    общественный статический пустота основной(окончательный Строка[] аргументы) {        Expr expr = разбирать("ш х г - +");        карта<Строка, Целое число> контекст = карта.из("ш", 5, "Икс", 10, "z", 42);        int результат = expr.интерпретировать(контекст);        Система.вне.println(результат);        // -27    }}

PHP (Пример 1)

/** * AbstractExpression */интерфейс Выражение{    общественный функция интерпретировать(массив $ context): int;}
/** * TerminalExpression */класс Терминальное выражение орудия Выражение{    / ** @var строка * /    частный $ name;    общественный функция __construct(строка $ name)    {        $ это->имя = $ name;    }    общественный функция интерпретировать(массив $ context): int    {        вернуть Intval($ context[$ это->имя]);    }}
/** * NonTerminalExpression */Абстрактные класс NonTerminalExpression орудия Выражение{    / ** @var Выражение $ left * /    защищенный $ осталось;    / ** @var? Выражение $ right * /    защищенный $ право;    общественный функция __construct(Выражение $ осталось, ?Выражение $ право)    {        $ это->осталось = $ осталось;        $ это->правильно = $ право;    }    Абстрактные общественный функция интерпретировать(массив $ context): int;        общественный функция быть правым()    {        вернуть $ это->правильно;    }    общественный функция setRight($ право): пустота    {        $ это->правильно = $ право;    }}
/** * NonTerminalExpression - PlusExpression */класс PlusExpression расширяет NonTerminalExpression{    общественный функция интерпретировать(массив $ context): int    {        вернуть Intval($ это->осталось->интерпретировать($ context) + $ это->правильно->интерпретировать($ context));    }}
/** * NonTerminalExpression - MinusExpression */класс МинусВыражение расширяет NonTerminalExpression{    общественный функция интерпретировать(массив $ context): int    {        вернуть Intval($ это->осталось->интерпретировать($ context) - $ это->правильно->интерпретировать($ context));    }}
/** * Клиент */класс ПереводчикКлиент{    защищенный функция parseList(массив &$ stack, массив $ список, int &$ index)    {        / ** @var string $ token * /        токен $ = $ список[$ index];        переключатель(токен $) {            кейс '-':                список($ осталось, $ право) = $ это->fetchArguments($ stack, $ список, $ index);                вернуть новый МинусВыражение($ осталось, $ право);            кейс '+':                список($ осталось, $ право) = $ это->fetchArguments($ stack, $ список, $ index);                вернуть новый PlusExpression($ осталось, $ право);            по умолчанию:                вернуть новый Терминальное выражение(токен $);        }    }    защищенный функция fetchArguments(массив &$ stack, массив $ список, int &$ index): массив    {        / ** @var Выражение $ left * /        $ осталось = array_pop($ stack);        / ** @var Выражение $ right * /        $ право = array_pop($ stack);        если ($ право === значение NULL) {            ++$ index;            $ это->parseListAndPush($ stack, $ список, $ index);            $ право = array_pop($ stack);        }        вернуть массив($ осталось, $ право);    }    защищенный функция parseListAndPush(массив &$ stack, массив $ список, int &$ index)    {        array_push($ stack, $ это->parseList($ stack, $ список, $ index));    }    защищенный функция разбирать(строка $ данные): Выражение    {        $ stack = [];        $ список = взорваться(' ', $ данные);        для ($ index=0; $ index<считать($ список); $ index++) {            $ это->parseListAndPush($ stack, $ список, $ index);        }        вернуть array_pop($ stack);    }    общественный функция основной()    {        $ данные = "u + v - w + z";        $ expr = $ это->разбирать($ данные);        $ context = ['ты' => 3, 'v' => 7, 'w' => 35, 'z' => 9];        $ res = $ expr->интерпретировать($ context);        эхо "результат: $ res" . PHP_EOL;    }}
// test.phpфункция loadClass($ className){    require_once __DIR__ . "/$ className.php ";}spl_autoload_register('loadClass');(новый ПереводчикКлиент())->основной();// результат: -16

PHP (пример 2)

на основе приведенного выше примера с другой реализацией Клиента

/** * Клиент */класс ПереводчикКлиент{    общественный функция parseToken(строка токен $, массив &$ stack): Выражение    {        переключатель(токен $) {            кейс '-':                / ** @var Выражение $ left * /                $ осталось = array_pop($ stack);                / ** @var Выражение $ right * /                $ право = array_pop($ stack);                вернуть новый МинусВыражение($ осталось, $ право);            кейс '+':                / ** @var Выражение $ left * /                $ осталось = array_pop($ stack);                / ** @var Выражение $ right * /                $ право = array_pop($ stack);                вернуть новый PlusExpression($ осталось, $ право);            по умолчанию:                вернуть новый Терминальное выражение(токен $);        }    }    общественный функция разбирать(строка $ данные): Выражение    {        $ незавершенныеДанные = значение NULL;        $ stack = [];        $ список = взорваться(' ', $ данные);        для каждого ($ список так как токен $) {            $ данные = $ это->parseToken(токен $, $ stack);            если (                ($ незавершенныеДанные экземпляр NonTerminalExpression) &&                ($ данные экземпляр Терминальное выражение)            ) {                $ незавершенныеДанные->setRight($ данные);                array_push($ stack, $ незавершенныеДанные);                $ незавершенныеДанные = значение NULL;                Продолжать;            }            если ($ данные экземпляр NonTerminalExpression) {                если ($ данные->быть правым() === значение NULL) {                    $ незавершенныеДанные = $ данные;                    Продолжать;                }            }            array_push($ stack, $ данные);        }        вернуть array_pop($ stack);    }    общественный функция основной()    {        $ данные = "u + v - w + z";        $ expr = $ это->разбирать($ данные);        $ context = ['ты' => 3, 'v' => 7, 'w' => 35, 'z' => 9];        $ res = $ expr->интерпретировать($ context);        эхо "результат: $ res" . PHP_EOL;    }}

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Гамма, Эрих; Хелм, Ричард; Джонсон, Ральф; Влиссидес, Джон (1994). Паттерны проектирования: элементы объектно-ориентированного программного обеспечения многократного использования. Эддисон-Уэсли. ISBN  0-201-63361-2.
  2. ^ Эрих Гамма, Ричард Хелм, Ральф Джонсон, Джон Влиссидес (1994). Паттерны проектирования: элементы объектно-ориентированного программного обеспечения многократного использования. Эддисон Уэсли. стр.243ff. ISBN  0-201-63361-2.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  3. ^ «Шаблон проектирования интерпретатора - проблема, решение и применимость». w3sDesign.com. Получено 2017-08-12.
  4. ^ «Шаблон проектирования интерпретатора - структура и взаимодействие». w3sDesign.com. Получено 2017-08-12.

внешние ссылки