用 Antlr 重构脚本解释器 go编译原理antlrjson

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。

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【用 Antlr 重构脚本解释器】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：

需要在词法解析器中新增对 % 符号的支持。
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。

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()) } }

//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：

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：

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：

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

当 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：

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。

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升级 xjson 借助 GScript 提供的 statement，xjson 也提供了有些有意思的写法：

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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。

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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