แบบแผนอินเทอร์พรีเตอร์

แบบแผนตัวแปลคำสั่ง หรือ แบบแผนอินเทอร์พรีเตอร์ (Interpreter pattern) เป็นแบบแผนการออกแบบซอฟต์แวร์ ที่ใช้ในกรณีที่ขอบเขตของปัญหาสามารถถูกอธิบายในลักษณะที่เป็นภาษาและกฎที่แน่นอนตายตัว เราสามารถสร้างคลาสที่เป็นตัวแทนขององค์ประกอบของภาษา จัดเรียงเข้าด้วยกันเพื่ออธิบายปัญหาหนึ่งๆ และแปลหรือประเมินผลโดยใช้โครงสร้างที่ได้จัดเรียงไว้นั้น ตัวอย่างเช่นสูตรคณิตศาสตร์ต่างๆ หรือยกตัวอย่างให้เฉพาะเจาะจงเช่น สูตรเรขาคณิตสำหรับหาพื้นที่รูปสามเหลี่ยม

พื้นที่รูปสามเหลี่ยม = 1/2 * ความยาวฐาน * ความสูง

การนำไปใช้งาน

จากการที่ปัญหาส่วนใหญ่เมื่อถูกอธิบายในแบบที่เป็นนิยามภาษาจะมีลักษณะที่เป็น recursive คือปัญหาใหญ่ๆ จะถูกแก้ได้โดยการแบ่งแยกเป็นปัญหาย่อยๆ และแก้ปัญหาย่อยๆ ลงไปตามลำดับๆ จนในที่สุดถึงปัญหาที่ไม่จำเป็นต้องแบ่งย่อยอีก ทำให้องค์ประกอบของแบบแผนอินเทอร์พรีเตอร์มีลักษณะเดียวกับแบบแผนคอมโพสิต

องค์ประกอบของแบบแผนอินเทอร์พรีเตอร์มีดังนี้

• อินเตอร์เฟสหรือคลาสแบบแอ็บสแตรคเป็นแม่แบบที่นิยามพฤติกรรมที่แต่ละอ็อบเจกต์ของอินเทอร์พรีเตอร์ต้องมี
• คลาสที่สามารถมีองค์ประกอบอื่นของอินเทอร์พรีเตอร์ได้
• คลาสที่เป็นส่วนปลาย ไม่สามารถมีองค์ประกอบอื่นได้
• คลาสสำหรับเป็นบริบท (context) หรือองค์ประกอบที่ใช้ในการประเมินผล

UML คลาสไดอะแกรมของแบบแผนอินเทอร์พรีเตอร์

ตัวอย่างโปรแกรม

ภาษาจาวา

ตัวอย่างโปรแกรมเพื่อคำนวณหาพื้นที่รูปสามเหลี่ยมโดยสูตร พื้นที่รูปสามเหลี่ยม = 1/2 * ความยาวฐาน * ความสูง

อินเตอร์เฟส Expression เป็นแม่แบบของส่วนประกอบต่างๆ ของคอมโพสิต นิยามเมธอด evaluate() เพื่อให้แต่ละองค์ประกอบประเมินผลในส่วนของตัวเองและองค์ประกอบย่อยที่อยู่ภายใต้ ในที่นี้เราใช้ HashMap เป็น context เพื่อส่งผ่านค่าคัวแปรไปให้คลาสชนิด Variable ใช้ในการประเมินผล

import java.util.HashMap;

public interface Expression {
    public double evaluate(HashMap<String, Double> context) throws Exception;
}

คลาส Multiplication เปรียบเสมือนเครื่องหมายคูณ สามารถมีองค์ประกอบย่อยได้สองตัวคือตัวคูณข้างซ้ายและตัวคูณข้างขวา

import java.util.HashMap;

public class Multiplication implements Expression {
    private final Expression operand1;
    private final Expression operand2;

    public Multiplication(Expression operand1, Expression operand2) {
        this.operand1 = operand1;
        this.operand2 = operand2;
    }

    public double evaluate(HashMap<String, Double> context) throws Exception {
        return operand1.evaluate(context) * operand2.evaluate(context);
    }
}

คลาส Division เปรียบเสมือนเครื่องหมายหาร สามารถมีองค์ประกอบย่อยได้สองตัวคือตัวถูกหารและตัวหาร

import java.util.HashMap;

public class Division implements Expression {
    private final Expression operand1;
    private final Expression operand2;

    public Division(Expression operand1, Expression operand2) {
        this.operand1 = operand1;
        this.operand2 = operand2;
    }

    public double evaluate(HashMap<String, Double> context) throws Exception {
        return operand1.evaluate(context) / operand2.evaluate(context);
    }
}

คลาส Constant เปรียบเสมือนค่าคงที่ในสมการ ไม่มีองค์ประกอบย่อย

import java.util.HashMap;

public class Constant implements Expression {
    private final double value;

    public Constant(double value) {
        this.value = value;
    }

    public double evaluate(HashMap<String, Double> context) {
        return value;
    }
}

คลาส Variable เปรียบเสมือนตัวแปรในสมการ มีหน้าที่หาค่าของตนเองจาก context ไม่มีองค์ประกอบย่อย

import java.util.HashMap;

public class Variable implements Expression {
    private final String name;

    public Variable(String name) {
        this.name = name;
    }

    public double evaluate(HashMap<String, Double> context) throws Exception {
        Double value = context.get(name);
        if (value == null)
            throw new Exception("Unbound variable: " + name);

        return value;
    }
}

การเรียกใช้งาน

HashMap<String, Double> context = new HashMap<String, Double>();
context.put("base", 10.0);
context.put("height", 5.0);

Expression two = new Constant(2);
Expression base = new Variable("base");
Expression height = new Variable("height");

Expression multi = new Multiplication(base, height);
Expression triangleArea = new Division(multi, two);

double result = triangleArea.evaluate(context);

อ้างอิง

• Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software (ISBN 0-201-63361-2) โดย Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson และ John Vlissides (Gang of four: GoF)

แหล่งข้อมูลอื่น

• Interpreter โดย Vince Huston (อังกฤษ)