Інтерпретатор (шаблон проектування)

Інтерпретатор (англ. Interpreter) — шаблон проектування, відноситься до класу шаблонів поведінки.

Призначення

Для заданої мови визначає представлення її граматики, а також інтерпретатор речень цієї мови.

Мотивація

У разі, якщо якась задача виникає досить часто, є сенс подати її конкретні проявлення у вигляді речень простою мовою. Потім можна буде створити інтерпретатор, котрий вирішує задачу, аналізуючи речення цієї мови.

Наприклад, пошук рядків за зразком — досить розповсюджена задача. Регулярні вирази — це стандартна мова для задання зразків пошуку.

Застосовність

Шаблон Інтерпретатор слід використовувати, коли є мова для інтерпретації, речення котрої можна подати у вигляді абстрактних синтаксичних дерев. Найкраще шаблон працює коли:

• граматика проста. Для складних граматик ієрархія класів стає занадто громіздкою та некерованою. У таких випадках краще застосовувати генератори синтаксичних аналізаторів, оскільки вони можуть інтерпретувати вирази, не будуючи абстрактних синтаксичних дерев, що заощаджує пам'ять, а можливо і час;
• ефективність не є головним критерієм. Найефективніші інтерпретатори зазвичай не працюють безпосередньо із деревами, а спочатку транслюють їх в іншу форму. Так, регулярний вираз часто перетворюють на скінченний автомат. Але навіть у цьому разі сам транслятор можна реалізувати за допомогою шаблону інтерпретатор.

Структура

UML діаграма, що описує структуру шаблону проектування Інтепретатор

• AbstractExpression — абстрактний вираз:
  • оголошує абстрактну операцію Interpret, загальну для усіх вузлів у абстрактному синтаксичному дереві;
• TerminalExpression — термінальний вираз:
  • реалізує операцію Interpret для термінальних символів граматики;
  • необхідний окремий екземпляр для кожного термінального символу у реченні;
• NonterminalExpression — нетермінальний вираз:
  • по одному такому класу потребується для кожного граматичного правила;
  • зберігає змінні екземпляру типу AbstractExpression для кожного символу;
  • реалізує операцію Interpret для нетермінальних символів граматики. Ця операція рекурсивно викликає себе для змінних, зберігаючих символи;
• Context — контекст:
  • містить інформацію, глобальну по відношенню до інтерпретатору;
• Client — клієнт:
  • будує (або отримує у готовому вигляді) абстрактне синтаксичне дерево, репрезентуюче окреме речення мовою з даною граматикою. Дерево складено з екземплярів класів NonterminalExpression та TerminalExpression;
  • викликає операцію Interpret.

Відносини

• клієнт будує (або отримує у готовому вигляді) речення у вигляді абстрактного синтаксичного дерева, у вузлах котрого знаходяться об'єкти класів NonterminalExpression та TerminalExpression. Далі клієнт ініціалізує контекст та викликає операцію Interpret;
• у кожному вузлі виду NonterminalExpression через операції Interpret визначається операція Interpret для кожного підвиразу. Для класу TerminalExpression операція Interpret визначає базу рекурсії;
• операції Interpret у кожному вузлі використовують контекст для зберігання та доступу до стану інтерпретатору.

Джерела

• Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software

Література

Алан Шаллоуей, Джеймс Р. Тротт Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно-ориентированному анализу и проектированию = Design Patterns Explained: A New Perspective on Object-Oriented Design. — М.: «Вильямс», 2002. — 288 с. — ISBN 0-201-71594-5