ANTLR（Another Tool for Language Recognition）是一个强大的解析器生成工具，用于构建语言、工具和框架。它可以根据语法文件生成解析器代码，支持多种编程语言（如 Java、C#、Python、JavaScript 等）。ANTLR 广泛应用于编译器、解释器、数据格式解析、DSL（领域特定语言）等领域。
1. ANTLR 的核心概念
1.1 语法文件（Grammar File）
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ANTLR 使用一种专门的语法文件（通常以
.g4结尾）来定义语言的语法规则。 -
语法文件由规则（Rules）和词法（Lexer）组成。
1.2 词法分析器（Lexer）
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负责将输入的字符流转换为标记（Token）。
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例如，将字符串
"123 + 456"转换为标记123、+和456。
1.3 语法分析器（Parser）
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负责根据语法规则解析标记流，生成抽象语法树（AST）。
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例如，解析
123 + 456并生成一个表示加法操作的树结构。
1.4 抽象语法树（AST）
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语法分析器生成的树形结构，表示输入的语法结构。
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例如，
123 + 456的 AST 可能是一个加法节点，包含两个子节点123和456。
1.5 监听器（Listener）和访问者（Visitor）
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监听器：在解析过程中自动触发事件，适合简单的处理逻辑。
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访问者：允许开发者手动遍历 AST，适合复杂的处理逻辑。
2. ANTLR 的工作流程
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定义语法：编写
.g4语法文件，定义语言的语法规则。 -
生成代码：使用 ANTLR 工具生成词法分析器和语法分析器的代码。
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编写应用代码：在应用中使用生成的代码解析输入，并处理生成的 AST。
3. ANTLR 的安装与使用
3.1 安装 ANTLR
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下载 ANTLR 工具：ANTLR 官方网站。
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配置环境变量：将 ANTLR 工具的路径添加到系统的
PATH环境变量中。
3.2 生成代码
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使用 ANTLR 工具生成代码：
antlr4 MyGrammar.g4
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生成的代码包括：
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MyGrammarLexer.java：词法分析器。 -
MyGrammarParser.java：语法分析器。 -
MyGrammarListener.java：监听器接口。 -
MyGrammarBaseListener.java：默认监听器实现。
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3.3 编写应用代码
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在应用中使用生成的代码解析输入，并处理生成的 AST。
4. 示例：使用 ANTLR 解析简单的数学表达式
4.1 定义语法文件（MathExpr.g4）
grammar MathExpr;
// 语法规则
expr: term (('+' | '-') term)* ;
term: factor (('*' | '/') factor)* ;
factor: INT | '(' expr ')' ;
// 词法规则
INT: [0-9]+ ;
WS: [ \t\n\r]+ -> skip ;
4.2 生成代码
antlr4 MathExpr.g4
4.3 编写应用代码
import org.antlr.v4.runtime.*;
import org.antlr.v4.runtime.tree.*;
public class MathExprExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建输入流
String input = "123 + 456 * (789 - 654)";
CharStream charStream = CharStreams.fromString(input);
// 创建词法分析器
MathExprLexer lexer = new MathExprLexer(charStream);
// 创建标记流
CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);
// 创建语法分析器
MathExprParser parser = new MathExprParser(tokens);
// 解析输入并生成 AST
ParseTree tree = parser.expr();
// 输出 AST
System.out.println(tree.toStringTree(parser));
}
}
4.4 运行结果
(expr (expr 123) + (term (factor 456) * (factor ( expr (expr 789) - (term (factor 654) )))))
5. 使用监听器处理 AST
5.1 定义监听器
public class MathExprListener extends MathExprBaseListener {
@Override
public void enterExpr(MathExprParser.ExprContext ctx) {
System.out.println("Entering expr: " + ctx.getText());
}
@Override
public void exitExpr(MathExprParser.ExprContext ctx) {
System.out.println("Exiting expr: " + ctx.getText());
}
}
5.2 使用监听器
import org.antlr.v4.runtime.*;
import org.antlr.v4.runtime.tree.*;
public class MathExprExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建输入流
String input = "123 + 456 * (789 - 654)";
CharStream charStream = CharStreams.fromString(input);
// 创建词法分析器
MathExprLexer lexer = new MathExprLexer(charStream);
// 创建标记流
CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);
// 创建语法分析器
MathExprParser parser = new MathExprParser(tokens);
// 解析输入并生成 AST
ParseTree tree = parser.expr();
// 创建监听器
ParseTreeWalker walker = new ParseTreeWalker();
MathExprListener listener = new MathExprListener();
// 遍历 AST
walker.walk(listener, tree);
}
}
5.3 运行结果
Entering expr: 123 Exiting expr: 123 Entering expr: 456 * (789 - 654) Entering expr: 789 - 654 Entering expr: 789 Exiting expr: 789 Entering expr: 654 Exiting expr: 654 Exiting expr: 789 - 654 Exiting expr: 456 * (789 - 654) Exiting expr: 123 + 456 * (789 - 654)
6. 使用访问者处理 AST
6.1 定义访问者
public class MathExprVisitor extends MathExprBaseVisitor<Integer> {
@Override
public Integer visitExpr(MathExprParser.ExprContext ctx) {
if (ctx.getChildCount() == 3) {
int left = visit(ctx.getChild(0));
int right = visit(ctx.getChild(2));
if (ctx.getChild(1).getText().equals("+")) {
return left + right;
} else {
return left - right;
}
}
return visit(ctx.getChild(0));
}
@Override
public Integer visitTerm(MathExprParser.TermContext ctx) {
if (ctx.getChildCount() == 3) {
int left = visit(ctx.getChild(0));
int right = visit(ctx.getChild(2));
if (ctx.getChild(1).getText().equals("*")) {
return left * right;
} else {
return left / right;
}
}
return visit(ctx.getChild(0));
}
@Override
public Integer visitFactor(MathExprParser.FactorContext ctx) {
if (ctx.getChild(0).getText().equals("(")) {
return visit(ctx.getChild(1));
}
return Integer.parseInt(ctx.getChild(0).getText());
}
}
6.2 使用访问者
import org.antlr.v4.runtime.*;
import org.antlr.v4.runtime.tree.*;
public class MathExprExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建输入流
String input = "123 + 456 * (789 - 654)";
CharStream charStream = CharStreams.fromString(input);
// 创建词法分析器
MathExprLexer lexer = new MathExprLexer(charStream);
// 创建标记流
CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);
// 创建语法分析器
MathExprParser parser = new MathExprParser(tokens);
// 解析输入并生成 AST
ParseTree tree = parser.expr();
// 创建访问者
MathExprVisitor visitor = new MathExprVisitor();
// 遍历 AST 并计算结果
int result = visitor.visit(tree);
// 输出结果
System.out.println("Result: " + result);
}
}
6.3 运行结果
Result: 123 + 456 * (789 - 654) = 123 + 456 * 135 = 123 + 61560 = 61683
7. ANTLR 的优点
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强大的语法定义能力：支持复杂的语法规则。
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多语言支持：生成的代码可以用于多种编程语言。
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灵活性：支持监听器和访问者模式，适合不同的处理需求。
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广泛应用：被广泛应用于编译器、解释器、数据格式解析等领域。
8. ANTLR 的挑战
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学习曲线：需要学习语法文件的编写和 ANTLR 的工作原理。
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性能：生成的解析器可能影响系统的性能。
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复杂性：对于简单的任务，ANTLR 可能显得过于复杂。
9. 总结
ANTLR 是一个强大的解析器生成工具，用于构建语言、工具和框架。通过定义语法文件，ANTLR 可以生成词法分析器和语法分析器的代码，支持监听器和访问者模式处理 AST。ANTLR 广泛应用于编译器、解释器、数据格式解析、DSL 等领域。
