好吧，让我们构建一个简单的数学示例。对于这样的任务来说，构建AST是完全过分的，但这是展示原则的好方法。
我将在C#中执行此操作，但Java版本将非常相似。
语法
首先，让我们写一个非常基本的数学语法来使用：
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
;
OP_ADD: '+';
OP_SUB: '-';
OP_MUL: '*';
OP_DIV: '/';
NUM : [0-9]+ ('.' [0-9]+)? ([eE] [+-]? [0-9]+)?;
ID : [a-zA-Z]+;
WS : [ \t\r\n] -> channel(HIDDEN);
非常基本的东西，我们有一个处理一切的规则（优先规则等）。expr
AST 节点
然后，让我们定义一些我们将使用的 AST 节点。这些都是完全自定义的，您可以按照自己想要的方式定义它们。
以下是我们将在此示例中使用的节点：
internal abstract class ExpressionNode
{
}
internal abstract class InfixExpressionNode : ExpressionNode
{
public ExpressionNode Left { get; set; }
public ExpressionNode Right { get; set; }
}
internal class AdditionNode : InfixExpressionNode
{
}
internal class SubtractionNode : InfixExpressionNode
{
}
internal class MultiplicationNode : InfixExpressionNode
{
}
internal class DivisionNode : InfixExpressionNode
{
}
internal class NegateNode : ExpressionNode
{
public ExpressionNode InnerNode { get; set; }
}
internal class FunctionNode : ExpressionNode
{
public Func<double, double> Function { get; set; }
public ExpressionNode Argument { get; set; }
}
internal class NumberNode : ExpressionNode
{
public double Value { get; set; }
}
将 CST 转换为 AST
ANTLR为我们生成了CST节点（类）。我们现在必须将它们转换为AST节点。MathParser.*Context
这很容易通过访问者完成，ANTLR为我们提供了一个类，所以让我们使用它。MathBaseVisitor<T>
internal class BuildAstVisitor : MathBaseVisitor<ExpressionNode>
{
public override ExpressionNode VisitCompileUnit(MathParser.CompileUnitContext context)
{
return Visit(context.expr());
}
public override ExpressionNode VisitNumberExpr(MathParser.NumberExprContext context)
{
return new NumberNode
{
Value = double.Parse(context.value.Text, NumberStyles.AllowDecimalPoint | NumberStyles.AllowExponent)
};
}
public override ExpressionNode VisitParensExpr(MathParser.ParensExprContext context)
{
return Visit(context.expr());
}
public override ExpressionNode VisitInfixExpr(MathParser.InfixExprContext context)
{
InfixExpressionNode node;
switch (context.op.Type)
{
case MathLexer.OP_ADD:
node = new AdditionNode();
break;
case MathLexer.OP_SUB:
node = new SubtractionNode();
break;
case MathLexer.OP_MUL:
node = new MultiplicationNode();
break;
case MathLexer.OP_DIV:
node = new DivisionNode();
break;
default:
throw new NotSupportedException();
}
node.Left = Visit(context.left);
node.Right = Visit(context.right);
return node;
}
public override ExpressionNode VisitUnaryExpr(MathParser.UnaryExprContext context)
{
switch (context.op.Type)
{
case MathLexer.OP_ADD:
return Visit(context.expr());
case MathLexer.OP_SUB:
return new NegateNode
{
InnerNode = Visit(context.expr())
};
default:
throw new NotSupportedException();
}
}
public override ExpressionNode VisitFuncExpr(MathParser.FuncExprContext context)
{
var functionName = context.func.Text;
var func = typeof(Math)
.GetMethods(BindingFlags.Public | BindingFlags.Static)
.Where(m => m.ReturnType == typeof(double))
.Where(m => m.GetParameters().Select(p => p.ParameterType).SequenceEqual(new[] { typeof(double) }))
.FirstOrDefault(m => m.Name.Equals(functionName, StringComparison.OrdinalIgnoreCase));
if (func == null)
throw new NotSupportedException(string.Format("Function {0} is not supported", functionName));
return new FunctionNode
{
Function = (Func<double, double>)func.CreateDelegate(typeof(Func<double, double>)),
Argument = Visit(context.expr())
};
}
}
如您所见，只需使用访问者从 CST 节点创建 AST 节点即可。代码应该是不言自明的（好吧，也许除了这些东西，但这只是将委托连接到System.Math类的合适方法的快速方法）。VisitFuncExpr
这里有AST建筑的东西。这就是所有需要的。只需从 CST 中提取相关信息并将其保留在 AST 中即可。
AST访客
现在，让我们玩一下AST。我们必须构建一个 AST 访问者基类来遍历它。让我们做一些类似于ANTLR提供的事情。AbstractParseTreeVisitor<T>
internal abstract class AstVisitor<T>
{
public abstract T Visit(AdditionNode node);
public abstract T Visit(SubtractionNode node);
public abstract T Visit(MultiplicationNode node);
public abstract T Visit(DivisionNode node);
public abstract T Visit(NegateNode node);
public abstract T Visit(FunctionNode node);
public abstract T Visit(NumberNode node);
public T Visit(ExpressionNode node)
{
return Visit((dynamic)node);
}
}
在这里，我利用 C# 的关键字在一行代码中执行双重调度。在Java中，您必须使用如下一系列语句自己进行连接：dynamicif
if (node is AdditionNode) {
return Visit((AdditionNode)node);
} else if (node is SubtractionNode) {
return Visit((SubtractionNode)node);
} else if ...
但我只是选择了这个例子的捷径。
使用 AST
那么，我们可以用数学表达式树做什么呢？当然，评估它！让我们实现一个表达式计算器：
internal class EvaluateExpressionVisitor : AstVisitor<double>
{
public override double Visit(AdditionNode node)
{
return Visit(node.Left) + Visit(node.Right);
}
public override double Visit(SubtractionNode node)
{
return Visit(node.Left) - Visit(node.Right);
}
public override double Visit(MultiplicationNode node)
{
return Visit(node.Left) * Visit(node.Right);
}
public override double Visit(DivisionNode node)
{
return Visit(node.Left) / Visit(node.Right);
}
public override double Visit(NegateNode node)
{
return -Visit(node.InnerNode);
}
public override double Visit(FunctionNode node)
{
return node.Function(Visit(node.Argument));
}
public override double Visit(NumberNode node)
{
return node.Value;
}
}
一旦我们有了AST，就非常简单，不是吗？
将它们放在一起
最后但并非最不重要的一点是，我们必须实际编写主程序：
internal class Program
{
private static void Main()
{
while (true)
{
Console.Write("> ");
var exprText = Console.ReadLine();
if (string.IsNullOrWhiteSpace(exprText))
break;
var inputStream = new AntlrInputStream(new StringReader(exprText));
var lexer = new MathLexer(inputStream);
var tokenStream = new CommonTokenStream(lexer);
var parser = new MathParser(tokenStream);
try
{
var cst = parser.compileUnit();
var ast = new BuildAstVisitor().VisitCompileUnit(cst);
var value = new EvaluateExpressionVisitor().Visit(ast);
Console.WriteLine("= {0}", value);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.WriteLine();
}
}
}
现在我们终于可以玩它了：
