解析器模式：编程实现浮点数运算及抽象语法树详解

本实验报告主要介绍了软件构造实验中使用解释器模式编程实现浮点数四则运算的过程。实验名称为“解释器模式编程实现”，由学生徐奕（学号E21614061）于2019年5月29日在计算机科学与技术学院软件工程专业进行。实验的核心目标是设计并实现一个能够理解和执行给定文法结构的解释器，用于处理和计算复杂的数学表达式。 解释器模式的核心概念包括以下角色： 1. **AbstractExpression (抽象表达式)**: 是一个抽象接口，定义了所有抽象语法树节点共有的解释操作方法，如interpret()和display()。这些方法使得各个节点可以根据其类型执行相应的解析和输出逻辑。 2. **TerminalExpression (终结符表达式)**: 实现了文法中与终结符相关的解释操作，例如处理数字、运算符等基本元素。终结符表达式负责具体的操作，如计算3+4这样的简单加法。 3. **NonterminalExpression (非终结符表达式)**: 为文法中的非终结符提供解释操作，比如括号或复合运算符，负责组合其他表达式，如括号内的运算。 4. **Context (环境类)**: 包含了解释器运行所需的全局信息，可能涉及到符号表或操作数栈等数据结构，确保了解释器能够处理上下文相关的操作。 5. **Client (客户端)**: 客户端代码调用解释器来解析和执行特定的表达式，如输入的3+（（4*6）-（7/2））。 实验中，设计了一套类层次结构，其中最高层的抽象接口是`Expression`，它被`Variable`、`Bracket`（用于表示括号）、`ArithmeticOperator`（如加减乘除）等具体类继承。`Bracket`类作为一个特殊的例子，它封装了一个内部的`Expression`指针，并实现了`interpret()`和`display()`方法，分别用于执行内部表达式的计算和输出。 实验的关键步骤包括： - 创建一个`Context`对象，用于存储和管理全局信息。 - 根据输入的文法构建抽象语法树，其中每个节点都是`Expression`的子类实例。 - 通过递归遍历抽象语法树，从根节点开始调用`interpret()`方法，将表达式的解析和计算过程分解为各个节点的操作。 - 在执行过程中，调用`display()`方法输出表达式及其计算结果，如实验示例中的3+（（4*6）-（7/2））=23.5。 通过这个实验，学生不仅掌握了解释器模式的工作原理，还锻炼了对抽象语法树的理解、类设计和递归算法的应用能力。同时，通过添加括号类和处理不同类型的表达式，也体现了解释器模式良好的扩展性，使得系统能够方便地适应复杂语法规则的变化。