5.6.3. Паттерн Interpreter (интерпетатор)

Название и классификация паттерна

Интерпретатор - паттерн поведения классов.

Назначение паттерна Interpreter

• Для заданного языка определяет представление его грамматики, а также интерпретатор предложений этого языка.

• Отображает проблемную область в язык, язык – в грамматику, а грамматику – в иерархии объектно-ориентированного проектирования.

Обсуждение паттерна Interpreter

Паттерн Interpreter определяет грамматику простого языка для проблемной области, представляет грамматические правила в виде языковых предложений и интерпретирует их для решения задачи. Для представления каждого грамматического правила паттерн Interpreter использует отдельный класс. А так как грамматика, как правило, имеет иерархическую структуру, то иерархия наследования классов хорошо подходит для ее описания.

Абстрактный базовый класс определяет метод interpret(), принимающий (в качестве аргумента) текущее состояние языкового потока. Каждый конкретный подкласс реализует метод interpret(), добавляя свой вклад в процесс решения проблемы.

Структура паттерна Interpreter

Паттерн Interpreter моделирует проблемную область с помощью рекурсивной грамматики. Каждое грамматическое правило может быть либо составным (правило ссылается на другие правила) либо терминальным (листовой узел в структуре ”дерево”).

Для рекурсивного обхода ”предложений” при их интерпретации используется паттерн Composite.

UML-диаграмма классов паттерна Interpreter

Участники

• AbstractExpression - абстрактное выражение: объявляет абстрактную операцию Interpret, общую для всех узлов в абстрактном синтаксическом дереве;

• TerminalExpression - терминальное выражение:

- реализует операцию Interpret для терминальных символов грамматики;

- необходим отдельный экземпляр для каждого терминального символа в предложении;

• CompoundExpression- нетерминальное выражение:

- по одному такому классу требуется для каждого грамматического правила R :: = R1, R2... Rп;

- хранит переменные экземпляра типа AbstractExpression для каждого символа от Rl до Rп;

- реализует операцию Interpret для нетерминальных символов грамматики. Эта операция рекурсивно вызывает себя же для переменных, представляющихR1, R2... Rп;

• Context - контекст: содержит информацию, глобальную по отношению к интерпретатору;

• Client - клиент:

- строит (или получает в готовом виде) абстрактное синтаксическое дерево, представляющее отдельное предложение на языке с данной грамматикой. Дерево составлено из экземпляров классов CompoundExpression и TerminalExpression;

- вызывает операцию Interpret.

У паттерна интерпретатор есть следующие достоинства и недостатки:

• грамматику легко изменять и расширять. Поскольку для представления грамматических правил в паттерне используются классы, то для изменения или расширения грамматики можно применять наследование. Существующие выражения можно модифицировать постепенно, а новые определять как вариации старых;

• простая реализация грамматики. Реализации классов, описывающих узлы абстрактного синтаксического дерева, похожи. Такие классы легко кодировать, а зачастую их может автоматически сгенерировать компилятор или генератор синтаксических анализаторов;

• сложные грамматики трудно сопровождать. В паттерне интерпретатор определяется по меньшей мере один класс для каждого правила грамматики (для правил, определенных с помощью формы Бэкуса-Наура - BNF, может понадобиться и более одного класса). Поэтому сопровождение грамматики с большим числом правил иногда оказывается трудной задачей. Но если грамматика очень сложна, лучше прибегнуть к другим методам, например воспользоваться генератором компиляторов или синтаксических анализаторов;

Пример паттерна Interpreter

Паттерн Intepreter определяет грамматическое представление для языка и интерпретатор для интерпретации грамматики. Музыканты являются примерами интерпретаторов. Тональность и продолжительность звуков могут быть описаны нотами. Такое представление является музыкальным языком. Музыканты, используя ноты, способны воспроизвести оригинальные частоту и длительность каждого представленного звука.

Использование паттерна Interpreter

• Определите “малый“ язык, “инвестиции” в который будут оправданными.

• Разработайте грамматику для языка.

• Для каждого грамматического правила (продукции) создайте свой класс.

• Полученный набор классов организуйте в структуру с помощью паттерна Composite.

• В полученной иерархии классов определите метод interpret(Context).

• Объект Context инкапсулирует информацию, глобальную по отношению к интерпретатору. Используется классами во время процесса ”интерпретации”.

Реализация паттерна Interpreter