antlr4 精简入门

antlr4 是什么

• antlr 是一个由java编写的语法识别工具，官方介绍为Antlr4是一款强大的解析器生成工具，可用来读取、处理、执行和翻译结构化文本或二进制文件，一般通过在.g4 中编写产生式 ，来生成相应的词法分析器和语法分析器代码，编写产生式的语言 被称为元语言（meta language），及编写语言的语言。

antlr4 的工作方式：

• 新建 xxx.g4 文件，编写产生式。
• antrl4 通过 .g4 格式的产生式文本文件，执行生成 词法分析器、语法分析器代码。
• 利用 词法分析器、语法分析器代码，构建自己的语言应用程序，例如，计算器、json解析器、SVG绘图器...

应用场景

需要逻辑文本转换为计算机程序执行的应用场景。

• 计算器 ，输入 算式文本，执行 输出计算结果。
• SVG绘图器 ，输入 SVG文本，执行 输出绘制图。
• javaScript 引擎，输入 js代码文本，执行 js脚本逻辑。

怎么做

环境配置

• java 版

1.JDK 环境配置
2.获取 antlr4 java程序 antlr-xxx-complete.jar
3.window 平台 环境变量设置 (官方)

• c# 版

1.Visual Studio 新建C#项目
2.NuGet 管理器，添加 Antlr4 、 Antlr4.Runtime

简单样例

目标，制作一个支持四则运算的计算器。(完整样例链接)

项目环境: Visual Studio 2022 、C# .net core 3.1

详细请看样例工程,关键点代码如下：

• 新建 calculator.g4 文件,编写 产生式。

grammar Calculator;

//根节点
prog: expr;

//表达式（定义了四则运算规则）
expr:
    expr ('*' | '/') expr       //乘除
    | expr ('+' | '-') expr     //加减
    | '(' expr ')'              //圆括号优先
    | INT                       
    | FLOAT                 
    ;

INT: DIGIT+;                    //整数
FLOAT:
    DIGIT+ '.' DIGIT*           //浮点数
    | '.' DIGIT+;
DIGIT: [0-9];                   //单个阿拉伯数字
NR : ('\n'|'\r') -> skip;       //skip 跳过 换行
SPEED : ' ' -> skip;            //跳过空格

• 生成 词法语法分析器代码 (直接生成项目)。
• 用 visit模式，编写计算器逻辑。

class calculatorAppVisitor : CalculatorBaseVisitor
{
        //访问 prog 节点
        public override double VisitProg(CalculatorParser.ProgContext context)
        {
            //prog 不需要处理,往下一层
            return base.Visit(context.GetChild(0));
        }

        //访问 expr 节点
        public override double VisitExpr(CalculatorParser.ExprContext context)
        {

            if (context.ChildCount == 3)
            {
                if (context.GetChild(0).GetText() == "(")
                {
                    //圆括号 往下一层
                    return base.Visit(context.GetChild(1));
                }

                var op = context.GetChild(1).ToString();
                var left = base.Visit(context.GetChild(0));
                var right = base.Visit(context.GetChild(2));
                if (op == "+")
                    return left + right;
                else if (op == "-")
                    return left - right;
                else if (op == "*")
                    return left * right;
                else if (op == "/")
                    return left / right;
            } else if (context.ChildCount == 1) {
                //往下一层(INT or FLOAT)
                return base.Visit(context.GetChild(0));
            }

            throw new NotSupportedException();
        }

        //访问 末尾 节点 （INT 、 FLOAT）
        public override double VisitTerminal(ITerminalNode node)
        {
            var lexer = node.Symbol.TokenSource as Lexer;
            var type = lexer.Vocabulary.GetSymbolicName(node.Symbol.Type);
            var text = node.GetText();
            if (type == "INT")
                return int.Parse(text);
            else if (type == "FLOAT")
                return double.Parse(text);
            throw new Exception("unkown value:" + type + "=" + text);
        }

        public override double VisitErrorNode(IErrorNode node)
        {
            return base.VisitErrorNode(node);
        }
    }

• 算式文本获取计算结果。

/// 

/// 算式文本 计算求值
/// 
/// 算式文本
/// 计算值
public static string calcValue(string text)
{
    string reuslt = "";
    var calcu = new calculatorAppVisitor();
    var l = GetAntlrLexer(text, typeof(CalculatorLexer));
    var p = GetAntlrParser(l, typeof(CalculatorParser)) as CalculatorParser;
    var ctx = p.expr();

    reuslt = calcu.Visit(ctx).ToString();
    return reuslt;
}

资料

• 书籍：《antlr4权威指南》
• (官方java)初步使用演示
• 各语言 antrl4 实现仓库