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Antlr学习笔记 02、使用antlr4实现简易版计算器

backend 2025/8/5 14:24:51

文章目录

前言
源码路径
实现目标
详细实现步骤
- 1、引入antlr4的pom依赖与插件
- 2、编写语法规则文件：Calculator.g4
- 3、自动生成词法、语法解析器
- - 配置Antlr生成参数
  - 命令生成词法、语法解析器
- 4、实现自定义visitor来计算表达式值
- 5、实现测试方法（自定义visitor中）
参考资料
资料获取

前言

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源码路径

当前文档配套相关源码地址：

gitee：https://gitee.com/changluJava/demo-exer/tree/master/java-sqlparser/demo-Antlr/demo-Antlr4-calculator
github：https://github.com/changluya/Java-Demos/tree/master/java-sqlparser/demo-Antlr/demo-Antlr4-calculator

实现目标

支持两种情况：

表达式 换行
变量 = 表达式

对两种情况表达式来进行计算

举例：

a=1
b=2
c=a+b*2
d=3+c
c
d

不仅仅还要实现表达式的计算，在这里额外多出来针对变量c、d最终值的计算处理。

期望输出的是c、d的取值：

详细实现步骤

1、引入antlr4的pom依赖与插件

<properties><maven.compiler.source>8</maven.compiler.source><maven.compiler.target>8</maven.compiler.target><project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding><antlr.version>4.8</antlr.version>
</properties><dependencies><dependency><groupId>org.antlr</groupId><artifactId>antlr4-runtime</artifactId><version>${antlr.version}</version></dependency>
</dependencies><build><plugins><plugin><groupId>org.antlr</groupId><artifactId>antlr4-maven-plugin</artifactId><version>${antlr.version}</version><executions><execution><id>antlr</id><goals><goal>antlr4</goal></goals><phase>generate-sources</phase></execution></executions><configuration><sourceDirectory>${basedir}/src/main/resources</sourceDirectory><outputDirectory>${basedir}/src/main/java/com/changlu/parser</outputDirectory><listener>true</listener><visitor>true</visitor><treatWarningsAsErrors>true</treatWarningsAsErrors></configuration></plugin></plugins>
</build>

对于该插件后续可执行运行命令：

mvn antlr4:antlr4

2、编写语法规则文件：Calculator.g4

// 带赋值的计算器的语法定义文件
grammar Calculator; // 语法的名字@header {package com.changlu.parser;
}// EBNF语法表示法
// 程序program是由一系列语句构成的
// +表示1个或多个
program: statement+;// 语句： 三种描述方式
//   - 表达式 换行符
//   - 赋值语句：标识符 '=' 换行符
//   - 换行符
// 注意：#在这里并不是注释的意思，在antlr中 # 可以给语法规则取名字
statement: expression NEWLINE           # printExpression| ID '=' expression NEWLINE    # assign| NEWLINE                     # blank;// 编写表达式
// INT表示整型、ID表示变量名（自定义的）
// op是我们给运算符取的名字
expression : expression op=('*'|'/') expression  # MulDiv| expression op=('+'|'-') expression  # AddSub| INT                                 # int| ID                                  # id| '(' expression ')'                  # parens;// 变量名：一个或者多个大小写字母
ID : [a-zA-Z]+;
// 整型
INT : [0-9]+;
// 换行符 \r?表示0个或者1个回车符
NEWLINE : '\r'? '\n';
// 空白字符
// [ \t]+ 含义如下：
//      [ ]：表示字符集合，匹配方括号内的任意一个字符。
//      （空格）：表示空格字符。
//       \t：表示制表符（Tab 键产生的字符）。
//      [ \t]：表示匹配一个空格字符或一个制表符。
//      +：表示前面的字符集合 [ \t] 可以出现一次或多次。
// -> skip 是 ANTLR 的一个指令，表示当解析器遇到匹配此规则的输入时，会跳过这些字符，不将它们作为 Token 传递给语法分析器。
WS : [ \t]+ -> skip;//实际上面expression的语法规则中，可以使用MUL、DIV、ADD、SUB 代替，但是为了简洁，可以不使用
MUL: '*';
DIV: '/';
ADD: '+';
SUB: '-';

实现直接Test测试语法规则：

对于写多行（带有换行符），也是可以解析到多个statement情况：

针对目前测试的场景表达式求值：

a=1
b=2
c=a+b*2
d=3+c
c
d

3、自动生成词法、语法解析器

配置Antlr生成参数

支持生成监听者模式以及访问者模式，我们一般选择访问者模式生成。

命令生成词法、语法解析器

执行命令：

mvn antlr4:antlr4

此时会在步骤1中指定的目录下生成相关词法、语法文件。

有用的只是这六个文件：

lexer：词法分析器。用于切分为词法标记流。

Parser：语法分析器。进行语法分析，将其转换为抽象语法树。

说明：目前对于监听器Listener暂无使用场景后续可都删除掉。

4、实现自定义visitor来计算表达式值

对于如何计算表达式值，可以通过遍历语法树来进行计算。

说明：这里由于是要求表达式的计算值，所以这里extends CalculatorBaseVisitor中泛型为Integer，表示访问某个节点值最终返回的都是数值。

package com.changlu;import com.changlu.parser.CalculatorBaseVisitor;
import com.changlu.parser.CalculatorLexer;
import com.changlu.parser.CalculatorParser;
import org.antlr.v4.runtime.CharStreams;
import org.antlr.v4.runtime.CodePointCharStream;
import org.antlr.v4.runtime.CommonTokenStream;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// 计算器的结果是整型，所以访问抽象语法树的每个节点的返回值也是整型
public class CalculatorVisitor extends CalculatorBaseVisitor<Integer> {// map 用来保存变量和值的变量关系  a = 1  => {"a": 1}// key：变量名// value：变量名的所对应的值Map<String, Integer> memory = new HashMap<>();/*** 访问变量名 a = expression* @param ctx the parse tree* @return 返回表达式的值*/@Overridepublic Integer visitAssign(CalculatorParser.AssignContext ctx) {// 取出=左边的变量名String paramName = ctx.ID().getText();// 取出=右边的表达式// 根据表达式来求值Integer value = visit(ctx.expression());memory.put(paramName, value);return value;}// expression NEWLINE@Overridepublic Integer visitPrintExpression(CalculatorParser.PrintExpressionContext ctx) {Integer value = visit(ctx.expression());// 每针对带有 expression NEWLINE 情况会进行打印System.out.println(ctx.expression().getText() + " = " + value);return value;}// 访问到INT表达式情况@Overridepublic Integer visitInt(CalculatorParser.IntContext ctx) {return Integer.parseInt(ctx.INT().getText());}// 访问到 '(' expression ')'情况@Overridepublic Integer visitParens(CalculatorParser.ParensContext ctx) {// 直接返回'(' expression ')' 中的表达式的值return visit(ctx.expression());}// 访问到 expression op=('*'|'/') expression 情况@Overridepublic Integer visitMulDiv(CalculatorParser.MulDivContext ctx) {Integer leftVal = visit(ctx.expression(0));Integer rightVal = visit(ctx.expression(1));if (ctx.op.getType() == CalculatorParser.MUL) {return leftVal * rightVal;}else {return leftVal / rightVal;}}// 访问到 expression op=('+'|'-') expression 情况@Overridepublic Integer visitAddSub(CalculatorParser.AddSubContext ctx) {Integer leftVal = visit(ctx.expression(0));Integer rightVal = visit(ctx.expression(1));if (ctx.op.getType() == CalculatorParser.ADD) {return leftVal + rightVal;}else {return leftVal - rightVal;}}// 访问到 ID 情况 （最终得到求表达式的值）@Overridepublic Integer visitId(CalculatorParser.IdContext ctx) {String id = ctx.ID().getText();if (memory.containsKey(id)) return memory.get(id);return 0;}}

对于某个节点，可根据语法文件.g4来进行编写访问过程操作：

5、实现测试方法（自定义visitor中）

public static void main(String[] args) {String expr = "a = 1\n" +"b = 2\n" +"c = a + b * 2\n" +"d = 3 + c\n" +"c\n" +"d\n";// 1、将字符串转换成流CodePointCharStream stream = CharStreams.fromString(expr);// 2、实例化词法分析器 进行词法分析// 词法分析器初始化CalculatorLexer lexer = new CalculatorLexer(stream);// 词法分析CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);// 3、实例化语法分析器CalculatorParser parser = new CalculatorParser(tokens);// 语法分析并转为抽象语法树CalculatorParser.ProgramContext tree = parser.program();// 进行表达式求值CalculatorVisitor visitor = new CalculatorVisitor();visitor.visit(tree);
}