元编程 - 自我解释代码 - 教程、文章、书籍 [关闭]答案

【问题标题】：Metaprogramming - self explanatory code - tutorials, articles, books [closed]元编程 - 自我解释代码 - 教程、文章、书籍 [关闭]
【发布时间】：2011-02-03 16:00:25
【问题描述】：

我正在考虑提高我的编程技能（实际上，正如我们的 Jeff Atwood 所说，我尽我所能减少每年的工作量），所以我正在考虑阅读有关元编程和自我解释代码的内容。

我正在寻找类似白痴指南的东西（免费书籍下载，在线资源）。此外，我想要的不仅仅是普通的 wiki 页面，还想要一些与语言无关的东西，或者最好是 Java 示例。

您是否知道这样的资源可以有效地将所有这些都付诸实践（我知道经验在所有这些方面有很多话要说，但我有点想积累经验来避免流程错误的决定 - 经验 - 好决定）？

编辑：

来自Pragmatic Programmer 的类似示例：

...实现一个迷你语言来控制一个简单的绘图包...该语言由单字母命令组成。一些命令后跟一个数字。例如，以下输入将绘制一个矩形：

P 2 # select pen 2
D # pen down
W 2 # draw west 2cm
N 1 # then north 1
E 2 # then east 2
S 1 # then back south
U # pen up

谢谢！

【问题讨论】：

元编程——比如 C++ 模板（与不言自明的代码相去甚远），还是别的什么？
@KennyTM：请参阅我编辑的问题。谢谢！
@stakx：“给定的示例（一种简单的绘图语言）以何种方式被视为元编程”。它是一个定义为元编程的解释器。
@JonHarrop：当时我可能误解了示例代码的目的。我正在查看实际的绘图代码并思考，“是什么让这成为一个元程序？”我还是会说不是。但我同意你的观点，为该绘图语言编写解释器/编译器将是一个元程序。 ——我特别难以理解我为什么要考虑预处理器。我删除了我上面的 cmets，它们很混乱。

标签： java metaprogramming coding-style

【解决方案1】：

从您的示例中，您似乎在谈论 domain specific languages（DSL），特别是内部 DSL。

Here 是关于 DSL 的大量书籍（关于 SQL 等 DSL）。

Martin Fowler 有一本书正在进行中，目前是online。

Ayende 写了一本关于 DSLs in boo 的书。

更新：（跟随 cmets）

Metaprogramming 是关于创建控制其他程序（或其数据）的程序，有时使用 DSL。在这方面，批处理文件和 shell 脚本可以被认为是元编程，因为它们调用和控制其他程序。

您的示例显示了一个可由元程序用来控制绘画程序的 DSL。

【讨论】：

DSL 和元编程有区别吗？我的意思是它们是两种不同的野兽还是一种来自另一种？（对我来说是新概念:)）
@elena - 元编程是关于操纵其他程序或其数据的程序。有时元程序使用 DSL。

【解决方案2】：

嗯，在 Java 生态系统中，我认为实现迷你语言的最简单方法是使用脚本语言，例如 Groovy 或 Ruby（是的，我知道，Ruby 不是 Java 的本地公民生态系统）。两者都提供了相当好的 DSL 规范机制，这将允许您以比 Java 语言更简单的方式做到这一点：

不过，也有纯 Java 的替代方案，但我认为它们实现起来会有点困难。

【讨论】：

JRuby 是 Java 生态系统的本地公民。
是的，当然，但是 Ruby 本身是作为一种独立语言创建的，具有自己的解释器/执行环境，提供比 JRuby 更多的原生资源集成。

【解决方案3】：

Tcl 最初是作为一种制造领域特定语言的方式，随着复杂性增长到需要获得通用编程能力的地步，这些语言并不糟糕。此外，添加您自己的命令仍然非常容易，因为这仍然是该语言的一个重要用例。

如果您想要一个与 Java 集成的实现，Jacl 是一个 Tcl in Java 的实现，它提供了专注于 DSL 的脚本能力，并且还可以访问任何Java 对象。

（元编程是编写程序来编写程序。有些语言比其他语言做得更多。为了了解一些特定情况，Lisp 是一种进行大量元编程的语言的经典示例；C++ 倾向于贬低它到模板，而不是在运行时允许它；脚本语言都倾向于发现元编程更容易，因为它们的实现被编写得更灵活，尽管这只是程度问题..)

【讨论】：

【解决方案4】：

我在上面的评论中提到了 C++ 模板元编程。因此，让我提供一个使用 C++ 模板元编程的简短示例。我知道您用java 标记了您的问题，但这可能很有见地。希望你能看懂C++代码。

举例说明：

考虑以下递归函数，它生成Fibonacci series (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, ...)：

unsigned int fib(unsigned int n)
{
    return n >= 2 ? fib(n-2) + fib(n-1) : n;
}

要从斐波那契数列中获取项目，请调用此函数 - 例如fib(5) --，它将计算该值并将其返回给您。到目前为止没有什么特别的。

但是现在，在 C++ 中，您可以使用模板（有点类似于 Java 中的泛型）重新编写这段代码，这样斐波那契数列就不会在运行时生成，而是在编译时间：

// fib(n) := fib(n-2) + fib(n-1)
template <unsigned int n>
struct fib                     // <-- this is the generic version fib<n>
{
    static const unsigned int value = fib<n-2>::value + fib<n-1>::value;
};

// fib(0) := 0
template <>
struct fib<0>                  // <-- this overrides the generic fib<n> for n = 0
{
    static const unsigned int value = 0;
};

// fib(1) := 1
template <>
struct fib<1>                  // <-- this overrides the generic fib<n> for n = 1
{
    static const unsigned int value = 1;
};

要使用此模板从斐波那契数列中获取项目，只需检索常量值 - 例如fib<5>::value.

结论（“这与元编程有什么关系？”）：

在模板示例中，是 C++ 编译器在编译时生成斐波那契数列，而不是在程序运行时生成。（从第一个示例中的事实可以明显看出，您调用一个函数，而在模板示例中，您检索一个常量值。）您无需编写计算它们的函数即可获得斐波那契数！你没有编写那个函数，而是编写了编译器来为你做一些它没有明确设计的事情......这非常了不起。

因此这是元编程的一种形式：

元编程是编写或操作其他程序（或它们自身）作为数据的计算机程序，或在编译时完成部分工作的计算机程序否则会在运行时完成。

-- 来自Wikipedia article on metaprogramming 的定义，重点由我添加。

（还要注意上面模板示例中的副作用：当您让编译器预先计算您的斐波那契数时，它们需要存储在某个地方。程序的二进制文件的大小将与最高 n 成正比增加它用于包含术语 fib<n>::value 的表达式中。从好的方面来说，您可以节省运行时的计算时间。）

【讨论】：

【解决方案5】：

欢迎来到元编程的美妙世界 :) 元编程实际上涉及到很多事情。我将尝试列出我想到的：

宏。扩展编程语言的语法和语义的能力首先在术语宏下进行了探索。几种语言都有类似于宏的结构，但选择的部分当然是 Lisp。如果您对元编程感兴趣，那么了解 Lisp 和宏系统（以及代码和数据具有相同表示的语言的同音符号性质）绝对是必须的。如果您想要在 JVM 上运行的 Lisp 方言，请选择 Clojure。一些资源：
- Clojure mini language
- Beating the Averages (why Lisp is a secret weapon)
还有很多关于 Lisp 的资源。
DSL。扩展一种语言语法和语义的能力现在被重新命名为“DSL”。创建 DSL 的最简单方法是使用 interpreter pattern。然后来internal DSL 和fluent interface 和外部DSL（按照Fowler 的术语）。这是我最近观看的一个不错的视频：
- DSL: what, why, how
其他答案已经指向该领域的资源。
反思。元编程也离不开形式反射。在运行时反思程序结构的能力非常强大。那么了解introspection、intercession 和reification 是什么很重要。恕我直言，反射允许两大类事情：1.在编译时对其结构未知的数据进行操作（然后在运行时提供数据结构并且程序仍然以反射方式工作）。 2. 强大的编程模式，如dynamic proxy、工厂等。Smalltalk 是探索反射的首选，everything 都是反射的。但我认为 Ruby 也是一个很好的候选者，因为它有一个利用元编程的社区（但我自己对 Ruby 了解不多）。
- Smalltalk: a reflective language
- Magritte: a meta driven approach to empower developpers and end-users
关于反思的文献也很丰富。
注释。注释可以被视为一种语言反射能力的一个子集，但我认为它应该有自己的类别。我已经回答过一次what annotations are and how they can be used。注释是可以在编译时或运行时处理的元数据。 Java 通过annotation processor tool、Pluggable Annotation Processing API 和mirror API 对其提供了良好的支持。
字节码或 AST 转换。这可以在编译时或运行时完成。这在某种程度上是低级方法，但也可以被认为是元编程的一种形式（在某种意义上，它与非同音语言的宏相同。）
- DSL with Groovy（末尾有一个示例，展示了如何使用注释插入自己的 AST transformation）。

结论：元编程是程序对自身进行推理或修改自身的能力。就像元堆栈溢出是询问堆栈溢出本身问题的地方一样。元编程不是一种特定的技术，而是概念和技术的集合。

有几件事属于元编程的范畴。从您的问题来看，您似乎对宏/DSL 部分更感兴趣。但一切最终都是相关的，因此元编程的其他方面也绝对值得关注。

PS：我知道我提供的大多数链接都不是教程或介绍性文章。这些是我喜欢的资源，它们描述了元编程的概念和优势，我认为这些资源更有趣

【讨论】：

【解决方案6】：

你可以看看eclipse modeling project，他们支持元模型。

【讨论】：

【解决方案7】：

Pluralsight 上有一个关于元编程的课程，这可能是一个很好的切入点https://app.pluralsight.com/library/courses/understanding-metaprogramming/table-of-contents

【讨论】：