解释器模式通过构建抽象语法树来解析语言，适合处理如算术表达式等结构化文本，核心角色包括表达式基类、终结符与非终结符表达式及上下文，C++实现需注意内存管理与性能优化。
解释器模式属于行为型设计模式，用于定义语言的文法，并建立一个解释器来解释该语言中的句子。在C++中实现解释器模式，适合处理具有固定结构的语言表达式，比如正则表达式、数学公式解析、配置脚本等场景。
理解解释器模式的核心结构
解释器模式的关键在于将语法规则抽象为类层次结构，每个类对应一种语法规则，通过组合这些类形成抽象语法树（AST），再由解释方法递归执行。
主要角色包括：
- AbstractExpression：抽象表达式，声明解释接口，通常是一个纯虚函数 interpret()
- TerminalExpression：终结符表达式，代表语言中最基本的元素，如变量、常量
- NonTerminalExpression：非终结符表达式，表示语法规则的组合，如加减乘除操作
- Context：上下文环境，存储解释过程中需要的全局信息，如变量表
- Client：构建抽象语法树并调用解释方法
实现一个简单的算术表达式解释器
以解释形如 "a + b - 3" 的表达式为例，我们先定义抽象表达式基类：
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class Expression {
public:
virtual ~Expression() = default;
virtual int interpret(std::map& context) = 0;
};
终结符表达式处理变量和数字：
class NumberExpression : public Expression {
int value;
public:
NumberExpression(int val) : value(val) {}
int interpret(std::map& context) override {
return value;
}
};
class VariableExpression : public Expression {
std::string name;
public:
VariableExpression(const std::string& varName) : name(varName) {}
int interpret(std::map& context) override {
return context[name];
}
};
非终结符表达式处理二元操作：
class AddExpression : public Expression {
Expression* left;
Expression* right;
public:
AddExpression(Expression* l, Expression* r) : left(l), right(r) {}
int interpret(std::map& context) override {
return left->interpret(context) + right->interpret(context);
}
};
class SubtractExpression : public Expression {
Expression left;
Expression right;
public:
SubtractExpression(Expression l, Expression r) : left(l), right(r) {}
int interpret(std::map& context) override {
return left->interpret(context) - right->interpret(context);
}
};
客户端使用与语法树构建
用户需手动或通过解析器构建语法树。以下为手动构建示例：
int main() {
std::map context = {{"a", 5}, {"b", 3}};
Expression* a = new VariableExpression("a");
Expression* b = new VariableExpression("b");
Expression* three = new NumberExpression(3);
Expression* add = new AddExpression(a, b); // a + b
Expression* result = new SubtractExpression(add, three); // (a + b) - 3
std::cout zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn result->interpret(context) zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn std::endl; // 输出 5
// 记得释放内存或改用智能指针
delete result;
// ... 其他 delete
return 0;}
实际项目中，通常配合词法分析器（Tokenizer）和递归下降解析器自动构建语法树，避免手动拼接出错。
注意事项与优化建议
解释器模式虽然结构清晰，但也有明显缺点：
- 每条语法规则都要一个类，类数量可能爆炸
- 复杂语法会导致树深度大，影响性能
- C++缺乏垃圾回收，需注意内存管理，推荐使用 std::unique_ptr 管理表达式对象
- 不适合高频执行的场景，若追求性能应考虑编译为字节码或直接生成机器码
可结合工厂模式或建造者模式简化语法树构建过程。对于简单脚本语言，解释器模式仍是一种直观可行的实现方式。
基本上就这些。用好这个模式，关键在于合理划分文法单元，并保持表达式类的轻量与纯粹。
