【编译原理】Antlr 入门使用
前面文章我们学习了编译器前端的词法和语法分析工具，本篇我们来看看如何借助 Antlr 工具，快速生成词法和语法分析代码。
一、安装
mac 环境：
1）安装
brew install antlr
2）配置 classpath
（把 Antlr 的 JAR 文件设置到 CLASSPATH 环境变量中，以便顺利编译所生成的 Java 源代码。）
vi ~/.bash_profile
# 替换成你的 antlr jar 路径
CLASSPATH=".:/opt/homebrew/Cellar/antlr/4.13.1/antlr-4.13.1-complete.jar:$CLASSPATH"
source ~/.bash_profile
有了这个玩意，你可以用很简单的方式定义好词法和语法文件，他会自动生成对应的解析文件，给你生成出 AST 来。
你可以从生成的类文件中，看看是如何生成 AST 树的。
对于我们之前遇到的左递归问题，它又是如何解决的，也是用循环代替递归么？
生成 AST 树，算完成了词法分析和语法分析。
根据这棵树做什么，就是语义分析了。
二、开发 Java 项目
1、创建一个 maven 项目
2、pom 中添加 Antlr 库
<dependency>
<groupId>org.antlr</groupId>
<artifactId>antlr4-runtime</artifactId>
<version>4.10</version>
</dependency>
3、编写一个 antlr 文件 Expr.g4。位置随意，可以放到 src 目录
grammar Expr;
expr: expr op=(ADD|SUB) expr # AddSub
| INT # int
;
ADD: '+';
SUB: '-';
INT : [0-9]+ ;
WS : [ \t]+ -> skip;
4、编译项目 (这样可以生成一些antlr的解析器的类代码，方便后面编程）
mvn compile
你应该能在项目根目录看到一个 gen 文件夹，打开后里面是生成的 java 类
把这部分代码放到你的 src 包路径下 src/main/java/com/xxx/my_antlr_demo/antlr4
5、编写调用代码
EvalVisitor.java
import com.shuofxz.my_antlr_demo.antlr4.ExprBaseVisitor;
import com.shuofxz.my_antlr_demo.antlr4.ExprLexer;
import com.shuofxz.my_antlr_demo.antlr4.ExprParser;
public class EvalVisitor extends ExprBaseVisitor<Integer> {
@Override
public Integer visitAddSub(ExprParser.AddSubContext ctx) {
Integer left = visit(ctx.expr(0)); // should call "visit", not "visitChildren"
Integer right = visit(ctx.expr(1));
if (ctx.op.getType() == ExprLexer.ADD) {
return left + right;
} else {
return left - right;
}
}
@Override
public Integer visitInt(ExprParser.IntContext ctx) {
return Integer.valueOf(ctx.INT().getText());
}
}
AppDemo.java
import com.shuofxz.my_antlr_demo.antlr4.ExprLexer;
import com.shuofxz.my_antlr_demo.antlr4.ExprParser;
import org.antlr.v4.runtime.CharStreams;
import org.antlr.v4.runtime.CodePointCharStream;
import org.antlr.v4.runtime.CommonTokenStream;
import org.antlr.v4.runtime.tree.ParseTree;
public class AppDemo {
public static void main(String[] args) {
String input = null;
// 此处把输入的参数，直接赋值了
args = new String[2];
args[0] = "-input";
args[1] = "1+2+3-4";
for (int i=0; i<args.length; i++) {
if (args[i].equals("-input")) {
input = args[++i];
}
}
if (input == null) {
System.out.println("args: -input <expression>");
return;
}
CodePointCharStream charStream = CharStreams.fromString(input);
ExprLexer lexer = new ExprLexer(charStream);
CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);
ExprParser parser = new ExprParser(tokens);
ParseTree tree = parser.expr();
EvalVisitor visitor = new EvalVisitor();
Object result = visitor.visit(tree);
System.out.println("output=" + result);
}
}
6、运行就能看到结果了。
你可能会有疑问：
兜了这么一大圈这有啥用呢？
那我们把 Antrl 文件修改一下 Expr.g4
ADD 和 SUB 两个操作符换成其他的符号。
grammar Expr;
expr: expr op=(ADD|SUB) expr # AddSub
| INT # int
;
ADD: '@';
SUB: '#';
INT : [0-9]+ ;
WS : [ \t]+ -> skip;
记得重新执行第四步生成代码并替换。
然后我们可以把输入字符换为 1@2@3#4。
你大概猜到了这里就实现了类似操作符重载的功能。
那么后面我们就可以用这个工具，实现我们自己的语法解析工具了。
三、Antlr 中都做了什么？
antlr 语法文件中写的都是啥？
- 分为两个部分：词法规则和语法规则
- 词法规则定义了语言的基本词汇元素，即词法单元（Tokens）。它们通常包括标识符、常量、关键字和符号等。通常以大写字母开头，如 ADD、INT 等
- 语法规则定义了语言的结构，说明了不同词法单元是如何组合起来形成语言结构的。语法规则描述了语句、表达式、声明等高级结构，如 expr。
接下来我们解释一下关键执行步骤中都做了什么事情：
// 将字符串转换为 antlr 能接受的 CodePointCharStream 类型
CodePointCharStream charStream = CharStreams.fromString(input);
// 创建一个词法分析器实例
ExprLexer lexer = new ExprLexer(charStream);
// 创建一个记号流实例
CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);
// 创建一个语法分析器实例
ExprParser parser = new ExprParser(tokens);
// 这是实际开始进行词法和语法分析的步骤，生成 AST
ParseTree tree = parser.expr();
// 遍历 AST。按照自己定义的 visitXxx() 方法执行实际的逻辑。
EvalVisitor visitor = new EvalVisitor();
Object result = visitor.visit(tree);
- 词法分析器：词法分析的任务是将输入文本分割成一系列的记号（tokens），每个记号是语言中最小的有意义单元，如关键字、标识符、字面量等。
- 记号流：用于从词法分析器中获取记号，并将它们组织成一个流，以便之后进行语法分析。
- 语法分析器：对记号流tokens进行语法分析。