用 Antlr 重构脚本解释器

前言

在上一个版本实现的脚本解释器 GScript 中实现了基本的四则运算以及 AST 的生成。

当我准备再新增一个 % 取模的运算符时,会发现工作很繁琐而且几乎都是重复的;主要是两步:

  1. 需要在词法解析器中新增对 % 符号的支持。
  2. 在语法解析器遍历 AST 时对 % token 实现具体逻辑。

其中的词法解析和遍历 AST 完全是重复工作,所以我们可否能够简化这两步呢?

Antlr

Antlr 就是做帮我们解决这些问题的常用工具,利用它我们只需要编写词法文件,然后就可以自动生成词法、语法解析器,并且可以生成不同语言的代码。

下面以 GScript 的示例来看看 antlr 是如何帮我们生成词法分析器的。

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func TestGScriptVisitor_Visit_Lexer(t *testing.T) {
expression := "(2+3) * 2"
input := antlr.NewInputStream(expression)
lexer := parser.NewGScriptLexer(input)
for {
t := lexer.NextToken()
if t.GetTokenType() == antlr.TokenEOF {
break
}
fmt.Printf("%s (%q) %d\n",
lexer.SymbolicNames[t.GetTokenType()], t.GetText(),t.GetColumn())
}
}
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//output:
("(") 0
DECIMAL_LITERAL ("2") 1
PLUS ("+") 2
DECIMAL_LITERAL ("3") 3
(")") 4
MULT ("*") 6
DECIMAL_LITERAL ("2") 8

Antlr 会自动将我们的表达式解析为 token,遍历 token 时还能拿到该 token 所在的代码行数、位置等信息,在编译期间做语法检查非常有用。

要实现这些我们只需要编写词法、语法规则文件即可。

刚才的示例所对应的词法、语法规则如下:

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expr
: '(' expr ')' #NestedExpr
| liter=literal #Liter
| lhs=expr bop=( MULT | DIV ) rhs=expr #MultDivExpr
| lhs=expr bop=MOD rhs=expr #ModExpr
| lhs=expr bop=( PLUS | SUB ) rhs=expr #PlusSubExpr
| expr bop=(LE | GE | GT | LT ) expr # GLe
| expr bop=(EQUAL | NOTEQUAL) expr # EqualOrNot
;
DECIMAL_LITERAL: ('0' | [1-9] (Digits? | '_'+ Digits)) [lL]?;

完整规则:https://github.com/crossoverJie/gscript/blob/main/GScript.g4

运行:

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antlr -Dlanguage=Go -o parser -visitor -no-listener GScript.g4

就可以帮我们生成 Go 的代码(默认是 Java),关于 Antlr 的词法、文法规则以及安装步骤请参考官网

而我们要实现具体的语法逻辑时只需要实现相关的接口,Antlr 会自动遍历 AST(当然也可以手动控制),同时在访问不同的 AST 节点时会回调我们自己实现的接口,这样我们就能编写自己的语法规则了。

以这里的新增的取模运算为例:

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func (v *GScriptVisitor) VisitModExpr(ctx *parser.ModExprContext) interface{} {
lhs := v.Visit(ctx.GetLhs())
rhs := v.Visit(ctx.GetRhs())
return lhs.(int) % rhs.(int)
}

Antlr 回调 VisitModExpr 方法时,便能获取到 % 符号左右两侧的数据,这时只需要做相关运算即可。

基于这个模式这次新增了一个 statement,具体语法如下:

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func TestGScriptVisitor_VisitIfElse8(t *testing.T) {
expression := `
if(3!=(1+2)){
return 1+3
} else {
return false
}`
input := antlr.NewInputStream(expression)
lexer := parser.NewGScriptLexer(input)
stream := antlr.NewCommonTokenStream(lexer, 0)
parser := parser.NewGScriptParser(stream)
parser.BuildParseTrees = true
tree := parser.Prog()
visitor := GScriptVisitor{}
var result = visitor.Visit(tree)
fmt.Println(expression, " result:", result)
assert.Equal(t, result, false)
}

Antlr 还有其他各种优势,比如可以解决:

  • 左递归。
  • 二义性。
  • 优先级。

等问题。

这里也推荐在 IDE 中安装 Antlr 的插件,这样就可以直观的查看 AST 语法树,可以帮我们更好的调试代码。


升级 xjson

借助 GScript 提供的 statementxjson 也提供了有些有意思的写法:

因为 xjson 的四则运算语法没有使用 Antlr 生成,所以为了能支持 GScript 提供的 statement 需要手写许多词法代码。

这也体现了 Antlr 这类前端工具的重要性,效率提升是非常明显的。

总结

借助于 Antlr 后续 GScript 会继续支持函数调用、更完善的类型系统、面向对象等特性;感兴趣的朋友请持续关注。

源码地址:
https://github.com/crossoverJie/gscript
https://github.com/crossoverJie/xjson

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我很有眼光!
请我吃🍗

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