こんにちは、KOUKIです。
この記事では、デザインパターンの一つであるInterpreterパターンについて紹介します。
デザインパターンまとめ
シチュエーション
Interpreter とは、解釈者や説明者を意味する単語です。Interpreterパターンは、なんらかの文法規則で記述された文字を解析し、その結果、得られた手順に基づき処理を実行していくパターンです。
例えば、「(4+3) – (1+2)」という文字列(文法規則)があったとします。
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package main import "fmt" func main() { input := "(4+3) - (1+2)" fmt.Println(input) } |
これをいい感じに変換して、計算結果を出力できるプログラムを実装したいと思います。
サンプルコードの実装
サンプルコードを実装しつつ、Interpreterパターンを理解しましょう。
文字列の変換について
最初に「”(4+3) – (1+2)”」の文字列をどうやって変換させるかについて考えてみましょう。
この文字列は、「(」「)」「+」「-」+ 「数値」から成り立っており、プログラムに落とし込むと以下のように表せます。
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package main import ( "fmt" "strings" ) type CharType int const ( Int CharType = iota // 数値 Plus // + Minus // - Lparen // ( Rparen // ) ) type Char struct { charType CharType text string } func NewChar(charType CharType, text string) Char { return Char{charType: charType, text: text} } |
Convert関数の実装
Convert関数は、Interpreterパターンの「なんらかの文法規則で記述された文字を解析し」を実装します。
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import ( "fmt" "strings" "unicode" ) // input -> (4+3) - (1+2) func Convert(input string) []Char { var result []Char for i := 0; i < len(input); i++ { // CharType毎に処理を振り分け switch input[i] { case '+': result = append(result, NewChar(Plus, "+")) case '-': result = append(result, NewChar(Minus, "-")) case '(': result = append(result, NewChar(Lparen, "(")) case ')': result = append(result, NewChar(Rparen, ")")) default: // 該当しない場合 -> 数値 or それ以外かを判定 sb := strings.Builder{} d := rune(input[i]) if unicode.IsDigit(d) { sb.WriteRune(d) result = append(result, NewChar(Int, sb.String())) } } } return result } func main() { input := "(4+3) - (1+2)" convertText := Convert(input) fmt.Println(convertText) } |
入力したinputをループで回し、+、-、(、)、数値のいずれかに該当した場合は、resultに格納します。
defaultの「input[i]」には、byte型が入ります。それを数値判定したいので、「unicode.IsDigit」メソッドを使用しました。このメソッドの引数はrune型なので、runeで型変換する必要があります。
プログラムを実行すると以下の結果を得られます。
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$ go run main.go [{3 (} {0 4} {1 +} {0 3} {4 )} {2 -} {3 (} {0 1} {1 +} {0 2} {4 )}] |
対象の文字列を仕分けして、Charインスタンス化できましたね。
Parse関数の実装
Parse関数は、Interpreterパターンの「その結果、得られた手順に基づき処理を実行していく」を実現します。
最初に考えるべきことは、仕分けした文字列(Charインスタンス)をどう処理していくか、です。
以下のコードを実装しましょう。
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type Element interface { Value() int } func Parse(chars []Char) Element { } |
引数には、Charインスタンスのスライスを渡しました。そして、戻り値は、Valueメソッドを持つElementインターフェースを指定しています。
これで、何らかの処理をCharインスタンスに加え、最終結果をValueメソッドから取り出せる流れを作りました。
次に考えることは、数値の計算処理です。今回は、可算、減算処理のみをターゲットとしているので、それをプログラムで表してみましょう。
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type Operation int const ( Add Operation = iota // 可算 Substract // 減算 ) type RuneOperation struct { Type Operation Left, Right Element // (1 + 2) Left = 1. Right = 2 } func (r *RuneOperation) Value() int { switch r.Type { case Add: return r.Left.Value() + r.Right.Value() case Substract: return r.Left.Value() - r.Right.Value() default: panic("Error") } } |
このValueメソッド内で呼び出される「r.Left.Value()/r.Right.Value()」は、RuneOperation構造体のValueメソッドを指しません。
※少し混乱するかもしれません!
Left/Rightプロパティに格納する数値構造体を実装します。
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// 数値のインスタンス type Integer struct { value int } func NewInteger(value int) *Integer { return &Integer{value: value} } func (i *Integer) Value() int { return i.value } |
RuneOperationをインスタンス化する -> RuneOperationのValueメソッドを呼び出す ->IntegerのValueメソッド を呼び出す、みたいな感じになりますね。
Parse関数の実装を完成させましょう。
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func Parse(chars []Char) Element { result := RuneOperation{} // 数値の左右ポジション判定 leftPosition := false // Convertした(4+3)-(1+2)を前から順にループ for i := 0; i < len(chars); i++ { char := &chars[i] switch char.charType { case Int: d, _ := strconv.Atoi(char.text) integer := NewInteger(d) if !leftPosition { result.Left = integer // 次回は右ポジションに格納 leftPosition = true } else { result.Right = integer } // 可算・減算の判定 case Plus: result.Type = Add case Minus: result.Type = Substract // 「(」のこと case Lparen: // (4+3), (1+2)それぞれを抜き出す j := i for ; j < len(chars); j++ { // ) になったらループを抜ける if chars[j].charType == Rparen { break } } // ループしたので、jは「)」を指している var subexp []Char for k := i + 1; k < j; k++ { subexp = append(subexp, chars[k]) } // (4+3), (1+2)それぞれを計算させる element := Parse(subexp) if !leftPosition { result.Left = element leftPosition = true } else { result.Right = element } i = j } } return &result } |
ここでやりたいことは、「(4+3) – (1+2)」式の計算です。
この計算式は、以下の順で計算されます。
- (4+3) -> 7
- (1+2) -> 3
- 7 – 3 -> 4が得られる
具体的には、「case Lparen」内の処理で、(4+3)の計算結果がLeft、(1+2)の計算結果がRightに入り、Typeには、「-」が入ります。
使ってみよう
実装したプログラムを使ってみましょう。
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func main() { input := "(4+3) - (1+2)" convertText := Convert(input) fmt.Println(convertText) parsed := Parse(convertText) fmt.Printf("%s = %d\n", input, parsed.Value()) } |
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$ go run main.go [{3 (} {0 4} {1 +} {0 3} {4 )} {2 -} {3 (} {0 1} {1 +} {0 2} {4 )}] (4+3) - (1+2) = 4 |
OKですね。
まとめ
Interpreterパターンは、結構難しく感じますね。
今回は、簡単なフォーマット「(4+3) – (1+2)」だったので、なんとか実装できましたが、もっと複雑なものになっていくとめんどくさそうです^^;
しかし、ログのパースツールなどを作る時に、活躍してくれそうな感じもするので、習熟しておきたいですね。
それでは、また!
Go言語まとめ
ソースコード
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package main import ( "fmt" "strconv" "strings" "unicode" ) type CharType int const ( Int CharType = iota // 数値 Plus // + Minus // - Lparen // ( Rparen // ) ) type Char struct { charType CharType text string } func NewChar(charType CharType, text string) Char { return Char{charType: charType, text: text} } // input -> (4+3) - (1+2) func Convert(input string) []Char { var result []Char for i := 0; i < len(input); i++ { // CharType毎に処理を振り分け switch input[i] { case '+': result = append(result, NewChar(Plus, "+")) case '-': result = append(result, NewChar(Minus, "-")) case '(': result = append(result, NewChar(Lparen, "(")) case ')': result = append(result, NewChar(Rparen, ")")) default: // 該当しない場合 -> 数値 or それ以外かを判定 sb := strings.Builder{} d := rune(input[i]) if unicode.IsDigit(d) { sb.WriteRune(d) result = append(result, NewChar(Int, sb.String())) } } } return result } type Operation int const ( Add Operation = iota // 可算 Substract // 減算 ) type RuneOperation struct { Type Operation Left, Right Element // (1 + 2) Left = 1. Right = 2 } func (r *RuneOperation) Value() int { switch r.Type { case Add: return r.Left.Value() + r.Right.Value() case Substract: return r.Left.Value() - r.Right.Value() default: panic("Error") } } type Element interface { Value() int } // 数値のインスタンス type Integer struct { value int } func NewInteger(value int) *Integer { return &Integer{value: value} } func (i *Integer) Value() int { return i.value } func Parse(chars []Char) Element { result := RuneOperation{} // 数値の左右ポジション判定 leftPosition := false // Convertした(4+3)-(1+2)を前から順にループ for i := 0; i < len(chars); i++ { char := &chars[i] switch char.charType { case Int: d, _ := strconv.Atoi(char.text) integer := NewInteger(d) if !leftPosition { result.Left = integer // 次回は右ポジションに格納 leftPosition = true } else { result.Right = integer } // 可算・減算の判定 case Plus: result.Type = Add case Minus: result.Type = Substract // 「(」のこと case Lparen: // (4+3), (1+2)それぞれを抜き出す j := i for ; j < len(chars); j++ { // ) になったらループを抜ける if chars[j].charType == Rparen { break } } // ループしたので、jは「)」を指している var subexp []Char for k := i + 1; k < j; k++ { subexp = append(subexp, chars[k]) } // (4+3), (1+2)それぞれを計算させる element := Parse(subexp) if !leftPosition { result.Left = element leftPosition = true } else { result.Right = element } i = j } } return &result } func main() { input := "(4+3) - (3+2)" convertText := Convert(input) fmt.Println(convertText) parsed := Parse(convertText) fmt.Printf("%s = %d\n", input, parsed.Value()) } |
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