[GoF設計模式]Interpreter模式和Memento模式的C++實現

 

【Interpreter模式】-解釋器模式

給定一個語言(如下例中的字符A,B...)，定義它的文法表示(下例中的VariableContext,map中存放從字符到整數的轉換)，定義一個解釋器，這個解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。當有一個語言需要解釋，並且你可以將該語言中的句子(如下例中的計算公式)表示成一個抽象語法樹(公式中有更細的公式，複合計算)時，可以使用解釋器模式。AbstractExpression聲明一個抽象的解釋操作，該節點爲抽象語法樹中所有的結點所共享。TerminalExpression終結符表達式，實現與文法中終結符相關聯的解釋操作。一個句子中的每個終結符需要該類的一個實例，如下例中的常數和變量。NonTerminalExpression非終結符表達式，對於文法中的每條規則，都需要一個該類，解釋一般需要“遞歸的調用”解釋操作interpret函數。Context上下文，包含解釋器之外的全局信息。

“抽象語法樹” “定義解釋操作” “與Flyweight模式共享終結符-多次出現的同一個終結符只共享其單個拷貝”是解釋器模式要考慮的問題

【圖解】

下面的例子比較簡單，如定義變量的加減乘除混合運算，爲例子，構建VariableContext來存儲所有的變量信息，用於解釋終結符中的變量，終結表達式包括常數和變量，而非終結表達式則包括加減乘除規則。

 

【程序】

/******************************************************************* * * DESCRIPTION: Variable Context [Has A Map structure] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-29 * *******************************************************************/ #ifndef VARIABLECONTEXT_H_ #define VARIABLECONTEXT_H_ /** include files **/ #include <iostream> #include <map> #include "Variable.h" using namespace std; class Variable; /** * Variable Map Class * * @author roy nee (2009-9-29) */ class VariableContext { public: VariableContext(); virtual ~VariableContext(); virtual void AddVariable(Variable* _ch, int _val); virtual void RemoveVariable(Variable* _ch); virtual void SetValue(Variable* _ch,int _val); virtual int GetValue(Variable* _ch); private: map<Variable*,int> *_mapVar; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION: The Cpp file of VariableContext.h * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ /** include files **/ #include "VariableContext.h" VariableContext::VariableContext() { this->_mapVar=new map<Variable*,int>; } VariableContext::~VariableContext(){} void VariableContext::AddVariable(Variable* _ch, int _val) { this->_mapVar->insert(make_pair(_ch,_val)); return; } void VariableContext::RemoveVariable(Variable* _ch) { this->_mapVar->erase(_ch); return; } int VariableContext::GetValue(Variable* _ch) { map<Variable*,int>::iterator iter=this->_mapVar->find(_ch); if(iter!=this->_mapVar->end()) return (*_mapVar)[_ch]; else { cout<<"New Variable: '"<<_ch->GetName()<<"' variable can not be interpreted by variable context......"<<endl; cout<<"Do you want to configure it（ "<<_ch->GetName()<<"=? ）?(y/n)-default is y : "; char NO='n'; cin>>NO; if(NO!='n'&&NO!='N') { int value=0; cout<<" "<<_ch->GetName()<<" = ";cin>>value; (*_mapVar)[_ch]=value; return value; } else assert(iter!=this->_mapVar->end());//Program Teriminated return -1; } } void VariableContext::SetValue(Variable *_ch,int _val) { (*_mapVar)[_ch]=_val; return; }  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION: AbstarctMathExpression [抽象的整數加減乘除數學表達式] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-29 * *******************************************************************/ #ifndef ABSTRACTMATHEXPRESSION_H_ #define ABSTRACTMATHEXPRESSION_H_ /** include files **/ #include "VariableContext.h" class VariableContext;/*Impotant*/ /** * Math Expression Abstract Class * * @author roy nee (2009-9-29) */ class AbstractMathExpression { public: AbstractMathExpression(){}; virtual ~AbstractMathExpression(){}; virtual int interpret(VariableContext * _context)=0; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:Constant Class[常數表達式-Terminal表達式] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-29 * *******************************************************************/ #ifndef CONSTANT_H_ #define CONSTANT_H_ /** include files **/ #include "AbstractMathExpression.h" /** * Constant Class * * @author NeeSky (2009-9-29) */ class Constant:public AbstractMathExpression { public: /*constructor and destructor*/ Constant(int k) { this->_k=k; } virtual ~Constant(){} /** * Expression Interpret Interface * * @author roy nee (2009-9-29) * * @return int */ virtual int interpret(VariableContext *_context) { return this->_k; } private: int _k; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION: Variable Class * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-29 * *******************************************************************/ #ifndef VARIABLE_H_ #define VARIABLE_H_ /** include files **/ #include <string> #include "AbstractMathExpression.h" #include "VariableContext.h" using namespace std; class VariableContext; class Variable:public AbstractMathExpression { public: Variable(string name); virtual ~Variable(); /*concrete functions*/ virtual string GetName(); virtual int interpret(VariableContext *_context); private: string _name; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:The Cpp File of Variable.h * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ /** include files **/ #include "Variable.h" Variable::Variable(string name) { this->_name=name; } Variable::~Variable() { } string Variable::GetName() { return this->_name; } int Variable::interpret(VariableContext *_context) { return _context->GetValue(this); }  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION: Add Expression [加法表達式-非終止符表達式] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-29 * *******************************************************************/ #ifndef ADDEXPRESSION_H_ #define ADDEXPRESSION_H_ /** include files **/ #include "AbstractMathExpression.h" class AddExpression:public AbstractMathExpression { public: AddExpression(AbstractMathExpression* leftExp,AbstractMathExpression* rightExp) { this->_leftExp=leftExp; this->_rightExp=rightExp; } virtual ~AddExpression(){} virtual int interpret(VariableContext *_context) { return this->_leftExp->interpret(_context) + this->_rightExp->interpret(_context); } private: AbstractMathExpression *_leftExp; AbstractMathExpression *_rightExp; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:Substract Expression Class * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ #ifndef SUBEXPRESSION_H_ #define SUBEXPRESSION_H_ /** include files **/ #include "AbstractMathExpression.h" class SubExpression:public AbstractMathExpression { public: SubExpression(AbstractMathExpression* leftExp,AbstractMathExpression* rightExp) { this->_leftExp=leftExp; this->_rightExp=rightExp; } virtual ~SubExpression(){} virtual int interpret(VariableContext *_context) { return this->_leftExp->interpret(_context)-this->_rightExp->interpret(_context); } private: AbstractMathExpression *_leftExp; AbstractMathExpression *_rightExp; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:Multiple Expression Class * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ #ifndef MULEXPRESSION_H_ #define MULEXPRESSION_H_ /** include files **/ #include "AbstractMathExpression.h" class MulExpression:public AbstractMathExpression { public: MulExpression(AbstractMathExpression* leftExp,AbstractMathExpression* rightExp) { this->_leftExp=leftExp; this->_rightExp=rightExp; } virtual ~MulExpression(){} virtual int interpret(VariableContext *_context) { return (this->_leftExp->interpret(_context))*(this->_rightExp->interpret(_context)); } private: AbstractMathExpression *_leftExp; AbstractMathExpression *_rightExp; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:Division Expression Class * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ #ifndef DIVEXPRESSION_H_ #define DIVEXPRESSION_H_ /** include files **/ #include "AbstractMathExpression.h" class DivExpression:public AbstractMathExpression { public: DivExpression(AbstractMathExpression* leftExp,AbstractMathExpression* rightExp) { this->_leftExp=leftExp; this->_rightExp=rightExp; } virtual ~DivExpression(){} virtual int interpret(VariableContext *_context) { int k=this->_rightExp->interpret(_context); assert(k!=0); return this->_leftExp->interpret(_context)/k; } private: AbstractMathExpression *_leftExp; AbstractMathExpression *_rightExp; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:Interpreter Pattern[解釋器模式] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ /** include files **/ #include <iostream> #include <map> #include "VariableContext.h" #include "AbstractMathExpression.h" #include "Variable.h" #include "Constant.h" #include "AddExpression.h" #include "SubExpression.h" #include "MulExpression.h" #include "DivExpression.h" using namespace std; int main (int argc, char *argv[]) { /*New A Context Enviroment*/ VariableContext *context=new VariableContext(); /*New Variable and Constant*/ Variable* A=new Variable("A"); Variable* B=new Variable("B"); Constant* I=new Constant(10); /*New Expression---> (A*B)/(A-B+10)*/ AbstractMathExpression *exp=new DivExpression(new MulExpression(A,B),new AddExpression(new SubExpression(A,B),I)); cout<<"(A*B)/(A-B+10) = "<<exp->interpret(context)<<endl; return(0); }  

【輸出】

 

 

 

【Memento模式】-備忘錄模式

在不破壞封裝的前提的下，捕獲對象的內部狀態，並在該對象之外(memento備忘錄中)保存這個狀態。這樣以後就可以將該對象恢復到原先保存的狀態。一個Memento備忘錄是一個對象，他存儲另外一個對象在某一瞬間的內部狀態，而後者稱爲備忘錄的原發器(Originator)。當需要設置原發器的檢查點時，取消操作機制會向原發器請求一個備忘錄，原發器用描述當前狀態的信息初始化該備忘錄。只有原發器可以向備忘錄中存儲信息，備忘錄對其可見，friend class而對其他對象則不見。在Gof中除了原發器和備忘錄以外還增加了一個負責人Caretaker,負責管理好備忘錄，但不能對備忘錄的內容進行操作或檢查。Originator向負責兒人Caretaker，提出備忘錄申請，修改備忘錄信息。

【圖解】

以數據的狀態爲例，當數據更新前，NumberOriginator向負責人MementoManager提出備忘錄申請，用備忘錄來存放更新前的數據信息，然後更新自身數據到最新的狀態，NumberOriginator需要回複數據時，則用之前保存到備忘錄NumberMemento的數據進行回覆，並同時將當前的數據存入備忘錄，備忘錄的操作同樣想負責人提出請求。負責人貌似，其實也可以省略，剛開始寫的程序沒有負責人的角色,後來加的。注意friend class和private的使用。

 

【程序】

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:NumberMemento Class [備忘錄類] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ #ifndef NUMBERMEMENTO_H_ #define NUMBERMEMENTO_H_ /** * Number Memento Class * * @author roy nee (2009-9-30) */ class NumberMemento { friend class NumberOriginator;/*Friend Class for wide interface*/ public: NumberMemento(){} virtual ~NumberMemento(){} /*narrow interface for state*/ virtual int GetNumberState() { return this->numberstate; } virtual void SetNumberState(int _newnumber) { this->numberstate=_newnumber; return; } private:/*private is for encapsulation*/ int numberstate; /*wide interface for state*/ }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:NumberOriginator Class [原發器類] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ #ifndef NUMBERORIGINATOR_H_ #define NUMBERORIGINATOR_H_ /** include files **/ #include "MementoManager.h" class NumberOriginator { public: NumberOriginator(int _numstate,MementoManager *_manager) { this->NumberState=_numstate; this->mementomanager=_manager;/*Conncetion with manager*/ } virtual ~NumberOriginator(){} virtual int getNumberState() { return this->NumberState; } virtual void SetNumberState(int _numstate) { this->StoreToMemento(); this->NumberState=_numstate; return; } virtual void RestoreNumberState()/*Undo Operation*/ { int lastState=(this->mementomanager->GetMemento())->numberstate;/*tell manager that I need memento state*/ (this->mementomanager->GetMemento())->numberstate=this->NumberState; this->NumberState=lastState; return; } protected: virtual void StoreToMemento() { (this->mementomanager->GetMemento())->numberstate=this->NumberState;/*Use Wide Interface to memento */ return; } private:/*Important: 狀態的封裝性不能被破環*/ int NumberState;/*Number State*/ MementoManager *mementomanager; }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:該類用用管理所有的備忘錄，並不對備忘錄的內容進行修改或者檢查 * [原發器操作備忘錄，要通過備忘錄的管理類進行] * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ #ifndef MEMENTOMANAGER_H_ #define MEMENTOMANAGER_H_ /** include files **/ #include <iostream> #include "NumberMemento.h" using namespace std; /** * Memento Manager Class * * @author roy nee (2009-9-30) */ class MementoManager { public: MementoManager(){} virtual ~MementoManager(){} /*interface to provide memento*/ virtual void SaveMemento(NumberMemento *_nummemento) { this->nummemento=_nummemento; return; } virtual NumberMemento *GetMemento() { if(nummemento!=NULL) return this->nummemento; else { cout<<"No Memento Existed in MementoManager......Please create a memento for MementoManager first!"<<endl; assert(nummemento!=NULL);/*Programming Over*/ return NULL; } } private: NumberMemento *nummemento;// be managed memento,can be a list mementos }; #endif  

/******************************************************************* * * DESCRIPTION:Memento Pattern [備忘錄模式] * * AUTHOR:Neesky * * DATE:2009-9-30 * *******************************************************************/ /** include files **/ #include <iostream> #include "NumberOriginator.h" #include "NumberMemento.h" #include "MementoManager.h" using namespace std; int main (int argc, char *argv[]) { /*New A memento and a Manager,and give the memento to manager*/ NumberMemento *memento=new NumberMemento(); MementoManager *caretaker=new MementoManager(); caretaker->SaveMemento(memento); /*There is a number originator,it ask manager for memento*/ NumberOriginator *num=new NumberOriginator(11,caretaker); cout<<"/nNumber Original State: "<<num->getNumberState()<<endl; num->SetNumberState(22); cout<<"/nNow Number State set tobe: "<<num->getNumberState()<<endl; num->RestoreNumberState();/*Now Undo it*/ cout<<"/nNow Restore it(with Memento): "<<num->getNumberState()<<endl; return(0); }  

【輸出】