最近接觸到數學公式的解析，然后和ANTLR4進行了一場遭遇戰。

以下是使用 ANTLR4 解析 YAML 文件的完整語法文件 (YAML.g4) 和解析示例：

ANTLR4基本使用

以下是安裝 ANTLR4 命令行工具的詳細步驟，適用于主流操作系統：

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1. 安裝 Java 運行時（必需）

ANTLR4 是基于 Java 的工具，需先安裝 Java 11+：

# 檢查是否已安裝 Java
java -version

• 如果未安裝，從 Oracle JDK 或 OpenJDK 下載。

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2. 安裝 ANTLR4 命令行工具

方法一：通過包管理器（推薦）

macOS/Linux (Homebrew)

brew install antlr

Windows (Chocolatey)

choco install antlr4

方法二：手動安裝（通用）

1. 下載最新版 ANTLR4 JAR 文件：

   curl -O https://www.antlr.org/download/antlr-4.12.0-complete.jar
   

   替換 4.12.0 為官網最新版本號。

2. 將 JAR 文件移動到固定目錄（如 ~/lib/antlr）：

   mkdir -p ~/lib/antlr
   mv antlr-4.12.0-complete.jar ~/lib/antlr/
   

3. 添加別名到 Shell 配置文件（.bashrc/.zshrc/.bash_profile）：

   # ANTLR4 別名
   alias antlr4='java -jar ~/lib/antlr/antlr-4.12.0-complete.jar'
   alias grun='java org.antlr.v4.gui.TestRig'
   

   然后執行：

   source ~/.bashrc  # 或對應配置文件
   

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3. 驗證安裝

antlr4

如果看到以下輸出，表示安裝成功：

ANTLR Parser Generator  Version 4.12.0
...

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4. 配置環境變量（可選）

若不想用別名，可將 ANTLR4 加入 PATH：

macOS/Linux

export CLASSPATH=".:~/lib/antlr/antlr-4.12.0-complete.jar:$CLASSPATH"
export PATH="$PATH:~/lib/antlr"

Windows

1. 右鍵“此電腦” → 屬性 → 高級系統設置 → 環境變量
2. 在 PATH 中添加 ANTLR4 JAR 所在目錄
3. 新建 CLASSPATH 變量，值為 .;C:\path\to\antlr-4.12.0-complete.jar

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5. 使用示例

(1) 生成解析器

antlr4 YourGrammar.g4  # 生成詞法/語法分析器
javac *.java           # 編譯生成的 Java 文件

(2) 測試語法樹

grun YourGrammar ruleName -gui  # 可視化解析樹

輸入文本后按 Ctrl+D (macOS/Linux) 或 Ctrl+Z (Windows) 結束輸入。

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6. 開發工具集成

Visual Studio Code

1. 安裝擴展：
   • ANTLR4 Grammar Syntax Support
2. 右鍵 .g4 文件 → “Generate ANTLR Code”

IntelliJ IDEA

1. 安裝插件：
   • ANTLR v4 grammar plugin (內置)
2. 右鍵 .g4 文件 → “Generate ANTLR Recognizer”

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常見問題解決

1. antlr4: command not found
   檢查別名或環境變量配置是否正確。

2. Java 版本不兼容
   確保使用 Java 11+：

   java -version
   

3. 無法生成代碼
   檢查語法文件是否有錯誤，或嘗試手動指定輸出目錄：

   antlr4 -o ./output YourGrammar.g4
   

通過以上步驟，您可以在任何主流操作系統上安裝并運行 ANTLR4 命令行工具。如需更高級的功能（如自定義 Visitor/Listener），可參考 ANTLR4 官方文檔。

YAML

1. YAML 語法文件 (YAML.g4)

grammar YAML;// 語法規則
document: blockMapping?;blockMapping: blockPair+;blockPair: key ':' value;key: SCALAR;value: SCALAR| blockMapping| blockSequence;blockSequence: '-' value ('\n' '-' value)*;// 詞法規則
SCALAR: UNQUOTED_SCALAR| SINGLE_QUOTED_SCALAR| DOUBLE_QUOTED_SCALAR;UNQUOTED_SCALAR: [a-zA-Z0-9_\-\.]+;SINGLE_QUOTED_SCALAR: '\'' (~['\n] | '\'\'')* '\'';DOUBLE_QUOTED_SCALAR: '"' (~["\n] | '\\"')* '"';COMMENT: '#' ~[\n]* -> skip;WS: [ \t\r\n]+ -> skip;// 特殊字符處理
COLON : ':' ;
DASH  : '-' ;

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2. 語法說明

1. 文檔結構：

   • 一個 YAML 文檔由可選的 blockMapping 組成
   • blockMapping 包含多個鍵值對 (blockPair)

2. 鍵值對：

   • 鍵 (key) 必須是標量 (SCALAR)
   • 值 (value) 可以是：
     • 標量
     • 嵌套的映射 (blockMapping)
     • 序列 (blockSequence)

3. 序列：

   • 以 - 開頭
   • 可以包含多行

4. 標量類型：

   • 未加引號的 (UNQUOTED_SCALAR)：字母數字、下劃線、連字符、點
   • 單引號 (SINGLE_QUOTED_SCALAR)：支持單引號轉義 ('')
   • 雙引號 (DOUBLE_QUOTED_SCALAR)：支持反斜杠轉義 (\")

5. 忽略：

   • 注釋 (# 開頭)
   • 空白字符 (空格、制表符、換行)

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3. 生成解析器

1. 使用 ANTLR4 工具生成代碼：

antlr4 YAML.g4
javac YAML*.java

2. 使用生成的解析器 (Java 示例)：

import org.antlr.v4.runtime.*;
import org.antlr.v4.runtime.tree.*;public class YAMLParserExample {public static void main(String[] args) throws Exception {String yaml = """name: John Doeage: 30address:street: 123 Main Stcity: Anytownhobbies:- hiking- reading""";CharStream input = CharStreams.fromString(yaml);YAMLLexer lexer = new YAMLLexer(input);CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);YAMLParser parser = new YAMLParser(tokens);ParseTree tree = parser.document();// 打印解析樹System.out.println(tree.toStringTree(parser));}
}

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4. 解析樹可視化

使用 ANTLR 的 grun 工具查看解析樹：

grun YAML document -gui <<EOF
name: John Doe
age: 30
EOF

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5. 支持的 YAML 特性

特性	是否支持	示例
鍵值對	?	key: value
嵌套映射	?	parent: {child: value}
列表	?	- item1\n- item2
多行字符串	?	`text:
錨點與引用	?	&anchor\n key: value
復雜數據類型	?	!!timestamp 2023-01-01

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6. 擴展建議

1. 支持多行字符串：
   添加 MULTILINE_SCALAR 規則：

   MULTILINE_SCALAR: '|' '\n' (' ' | '\t')* ~[\n]* ('\n' (' ' | '\t')* ~[\n]*)*;
   

2. 支持類型標簽：

   value: SCALAR| tag SCALAR| blockMapping| blockSequence;tag : '!!' [a-zA-Z]+ ;
   

3. 錯誤處理：
   添加 error 規則捕獲非法輸入：

   ERROR_CHAR : . ;
   

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7. 完整解析流程

graph TDA[YAML 輸入] --> B[詞法分析 (Lexer)]B --> C[Token 流]C --> D[語法分析 (Parser)]D --> E[解析樹]E --> F[遍歷樹 (Visitor/Listener)]

這個語法文件提供了 YAML 的核心功能解析，可根據實際需求進一步擴展。

JSON

以下是適用于 ANTLR4 的 JSON 語法文件 (JSON.g4)，完整支持 JSON 標準（RFC 8259）：

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1. JSON 語法文件 (JSON.g4)

grammar JSON;// 語法規則
json: value;value: object| array| STRING| NUMBER| 'true'| 'false'| 'null';object: '{' pair (',' pair)* '}'| '{' '}';pair: STRING ':' value;array: '[' value (',' value)* ']'| '[' ']';// 詞法規則
STRING: '"' (ESC | SAFE_CHAR)* '"';fragment ESC: '\\' (["\\/bfnrt] | UNICODE);fragment UNICODE: 'u' HEX HEX HEX HEX;fragment HEX: [0-9a-fA-F];fragment SAFE_CHAR: ~["\\\u0000-\u001F];NUMBER: '-'? INT ('.' [0-9]+)? EXP?;fragment INT: '0' | [1-9] [0-9]*;fragment EXP: [Ee] [+-]? [0-9]+;WS: [ \t\n\r]+ -> skip;

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2. 語法說明

1. 結構定義：

   • json: 根規則，表示一個 JSON 文檔
   • value: 可以是對象、數組、字符串、數字、布爾值或 null
   • object: 鍵值對集合（如 {"key": "value"}）
   • array: 值列表（如 [1, "a", true]）

2. 詞法規則：

   • STRING: 支持轉義字符（\n, \uXXXX 等）
   • NUMBER: 支持整數、浮點數和科學計數法
   • WS: 跳過空白字符

3. 嚴格校驗：

   • 字符串必須用雙引號（"）包裹
   • 不允許尾隨逗號（如 [1, 2,] 會報錯）

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3. 生成解析器

1. 生成 Java 代碼：

   antlr4 JSON.g4
   javac JSON*.java
   

2. 測試解析（Java 示例）：

   import org.antlr.v4.runtime.*;
   import org.antlr.v4.runtime.tree.*;public class JSONParserExample {public static void main(String[] args) throws Exception {String json = """{"name": "Alice","age": 30,"scores": [90, 85, 95]}""";CharStream input = CharStreams.fromString(json);JSONLexer lexer = new JSONLexer(input);CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);JSONParser parser = new JSONParser(tokens);ParseTree tree = parser.json(); // 從根規則開始解析System.out.println(tree.toStringTree(parser));}
   }
   

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4. 解析樹可視化

使用 ANTLR 的 grun 工具查看解析樹：

grun JSON json -gui <<EOF
{"key": "value"}
EOF

會顯示如下結構：

(json (value (object { (pair "key" : (value "value")) })))

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5. 支持的 JSON 特性

特性	示例	是否支持
對象	{"key": "value"}	?
數組	[1, "a", true]	?
嵌套結構	{"a": {"b": [1, 2]}}	?
字符串轉義	"Line\nBreak"	?
Unicode 字符	"\u03B1" (α)	?
科學計數法數字	1.23e-4	?
布爾值/null	true, false, null	?
尾隨逗號	{"a": 1,}	?
單引號字符串	{'key': 'value'}	?

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6. 擴展建議

1. 支持注釋（非標準 JSON）：

   COMMENT: '/*' .*? '*/' -> skip| '//' ~[\n]* -> skip;
   

2. 寬松模式（允許尾隨逗號）：

   object: '{' pair (',' pair)* ','? '}'| '{' '}';
   

3. 自定義錯誤處理：

   parser.addErrorListener(new BaseErrorListener() {@Overridepublic void syntaxError(...) {throw new RuntimeException("Syntax error at line " + line + ":" + charPositionInLine + " - " + msg);}
   });
   

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7. 性能優化

1. 預編譯解析器：在多次解析時復用 Lexer/Parser 實例
2. 關閉冗余功能：禁用 ANTLRErrorListener 提升速度

   lexer.removeErrorListeners();
   parser.removeErrorListeners();
   

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此語法文件完全兼容標準 JSON，可直接用于構建 JSON 解析器、驗證器或轉換工具。如需處理非標準 JSON（如帶注釋的配置文件），按需擴展即可。

Latex

以下是適用于 ANTLR4 的 LaTeX 語法文件 (LaTeX.g4)，定義了包含 documentclass、section、item、task 等常見標記的語法樹結構：

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1. LaTeX 語法文件 (LaTeX.g4)

grammar LaTeX;// 語法規則
document: preamble? (section | item | task | textContent)*;preamble: '\\documentclass' '{' ID '}' ('[' options ']')?;section: '\\section' '{' textContent '}' (subsection)?;subsection: '\\subsection' '{' textContent '}';item: '\\item' (textContent | itemize | enumerate);itemize: '\\begin{itemize}' item* '\\end{itemize}';enumerate: '\\begin{enumerate}' item* '\\end{enumerate}';task: '\\task' '{' textContent '}' ('\\solution' '{' textContent '}')?;textContent: (TEXT | COMMAND | MATH)+;// 詞法規則
COMMAND: '\\' [a-zA-Z]+;MATH: '$' .*? '$';ID: [a-zA-Z]+;TEXT: ~[\\{}[\]]+;OPTION_SEP: ',';LBRACE : '{';
RBRACE : '}';
LBRACK : '[';
RBRACK : ']';WS: [ \t\r\n]+ -> skip;// 復合規則
options: ID (OPTION_SEP ID)*;

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2. 語法樹結構說明

1. 文檔結構：

2. 節點類型：

   • preamble: \documentclass 聲明
   • section/subsection: 章節標題
   • item: 列表項（可嵌套在 itemize 或 enumerate 中）
   • task: 自定義任務環境（帶可選的 \solution）
   • textContent: 文本、命令或數學公式的混合內容

3. 嵌套規則：

   • 列表可以嵌套 (item 包含 itemize/enumerate)
   • textContent 可以包含任意文本和命令

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3. 解析示例

輸入 LaTeX 文件 (example.tex):

\documentclass{article}
\section{Introduction}
This is a \textbf{test}.
\begin{itemize}\item First point\item Second point with math: $E=mc^2$
\end{itemize}
\task{Solve the equation}{ \solution{ $x=1$ } }

Java 解析代碼：

import org.antlr.v4.runtime.*;
import org.antlr.v4.runtime.tree.*;public class LaTeXParserExample {public static void main(String[] args) throws Exception {CharStream input = CharStreams.fromFileName("example.tex");LaTeXLexer lexer = new LaTeXLexer(input);CommonTokenStream tokens = new CommonTokenStream(lexer);LaTeXParser parser = new LaTeXParser(tokens);ParseTree tree = parser.document();// 打印解析樹System.out.println(tree.toStringTree(parser));// 使用Visitor遍歷new LaTeXBaseVisitor<Void>() {@Overridepublic Void visitSection(LaTeXParser.SectionContext ctx) {System.out.println("Section: " + ctx.textContent().getText());return super.visitSection(ctx);}}.visit(tree);}
}

生成的解析樹結構：

(document (preamble \documentclass { article }) (section \section { Introduction } (textContent This is a \textbf { test })) (itemize (item \item (textContent First point)) (item \item (textContent Second point with math: $E=mc^2$))) (task \task { Solve the equation } (solution \solution { $x=1$ })))

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4. 關鍵特性支持

LaTeX 結構	是否支持	示例
文檔類聲明	?	\documentclass{article}
章節標題	?	\section{Introduction}
無序列表	?	\itemize \item ...
有序列表	?	\enumerate \item ...
自定義命令	?	\textbf{text}
數學公式	?	$E=mc^2$
自定義環境	?	\task{...}\solution{...}
可選參數	?	\documentclass[12pt]{...}
嵌套結構	?	列表中的列表

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5. 擴展建議

1. 支持更多環境：

   figure: '\\begin{figure}' ('[' options ']')? content '\\end{figure}';
   

2. 完善數學公式：

   MATH: '$' .*? '$'| '\\[' .*? '\\]';
   

3. 錯誤恢復：
   添加 error 規則：

   UNKNOWN_CMD: '\\' ~[a-zA-Z] -> skip;
   

4. 注釋處理：

   COMMENT: '%' ~[\n]* -> skip;
   

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6. 典型應用場景

1. LaTeX 文檔分析：

   • 提取所有章節標題
   • 統計數學公式數量

2. 自動化批改系統：

   • 解析 \task 和 \solution 環境
   • 對比學生答案與標準解

3. 文檔轉換：

   • 將 LaTeX 列表轉為 Markdown
   • 提取文檔結構生成目錄

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這個語法文件提供了 LaTeX 的核心結構解析，可根據實際需求進一步擴展復雜環境（如表格、圖表等）。