Wie kann ich mit ANTLR4 abstrakte Syntaxbäume (ASTs) erstellen und bearbeiten?

Erstellen eines AST mit ANTLR4: Ein praktischer Leitfaden

Das Konzept eines abstrakten Syntaxbaums (AST) kann entmutigend sein, aber ANTLR4 bietet es ein wirksamer Mechanismus, um sie zu konstruieren. Dieser Artikel führt Sie durch den Prozess der Erstellung eines AST aus einer benutzerdefinierten Grammatik, einschließlich der Verwendung von Besuchern zum Extrahieren und Bearbeiten von Daten.

Aufbau der Grammatik

Zuerst definieren Deine Grammatik. Für dieses Beispiel erstellen wir eine einfache mathematische Grammatik in Java:

grammar Math;

compileUnit
    :   expr EOF
    ;

expr
    :   '(' expr ')'                         # parensExpr
    |   op=('+'|'-') expr                    # unaryExpr
    |   left=expr op=('*'|'/') right=expr    # infixExpr
    |   left=expr op=('+'|'-') right=expr    # infixExpr
    |   func=ID '(' expr ')'                 # funcExpr
    |   value=NUM                            # numberExpr
    ;

Erstellen der AST-Knoten

Als nächstes definieren Sie die AST-Knoten. Diese benutzerdefinierten Knoten stellen die Struktur unserer mathematischen Ausdrücke dar:

abstract class ExpressionNode {}
abstract class InfixExpressionNode extends ExpressionNode { ExpressionNode left, right; }
class AdditionNode extends InfixExpressionNode {}
class SubtractionNode extends InfixExpressionNode {}
class MultiplicationNode extends InfixExpressionNode {}
class DivisionNode extends InfixExpressionNode {}
class NegateNode extends ExpressionNode { ExpressionNode innerNode; }
class FunctionNode extends ExpressionNode { Func<Double, Double> function; ExpressionNode argument; }
class NumberNode extends ExpressionNode { Double value; }

Konvertieren von CST in AST

Besucher ermöglichen uns, den generierten konkreten Syntaxbaum (CST) zu transformieren von ANTLR in einen AST umgewandelt. Die BuildAstVisitor-Klasse führt diese Transformation durch:

class BuildAstVisitor extends MathBaseVisitor<ExpressionNode> {
    @Override
    public ExpressionNode visitCompileUnit(MathParser.CompileUnitContext context) { return visit(context.expr()); }

    @Override public ExpressionNode visitNumberExpr(MathParser.NumberExprContext context) { ... }
    @Override public ExpressionNode visitParensExpr(MathParser.ParensExprContext context) { ... }
    @Override public ExpressionNode visitInfixExpr(MathParser.InfixExprContext context) { ... }
    @Override public ExpressionNode visitUnaryExpr(MathParser.UnaryExprContext context) { ... }
    @Override public ExpressionNode visitFuncExpr(MathParser.FuncExprContext context) { ... }
}

Arbeiten mit dem AST

Sobald der AST erstellt ist, können wir einen Besucher verwenden, um ihn zu durchlaufen und auszuwerten. Der EvaluateExpressionVisitor führt diese Aufgabe aus:

class EvaluateExpressionVisitor extends AstVisitor<Double> {
    @Override
    public Double visitAdditionNode(AdditionNode node) { ... }
    @Override
    public Double visitSubtractionNode(SubtractionNode node) { ... }
    @Override
    public Double visitMultiplicationNode(MultiplicationNode node) { ... }
    @Override
    public Double visitDivisionNode(DivisionNode node) { ... }
    @Override
    public Double visitNegateNode(NegateNode node) { ... }
    @Override
    public Double visitFunctionNode(FunctionNode node) { ... }
    @Override
    public Double visitNumberNode(NumberNode node) { ... }
}

Alles zusammenfügen

Schließlich verknüpft die Main-Klasse alles und fordert den Benutzer zur Eingabe auf:

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            String exprText = ...; // Read input from the user

            // Parse the input and use the visitors to create and manipulate the AST

            Double value = ...; // Evaluate the AST using the `EvaluateExpressionVisitor`

            System.out.println("= " + value);
        }
    }
}

Indem Sie diese Schritte befolgen, können Sie ASTs mit ANTLR4 effektiv erstellen und bearbeiten. Diese leistungsstarke Funktion bietet eine solide Grundlage für die Erstellung komplexer Sprachprozessoren und anderer Anwendungen.

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