Метапрограммирование

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Метапрограммирование — вид программирования, связанный с созданием программ, которые порождают другие программы как результат своей работы[1] (в частности, на стадии компиляции их исходного кода), либо программ, которые меняют себя во время выполнения (самомодифицирующийся код).[источник не указан 1940 дней] Первое позволяет получать программы при меньших затратах времени и усилий на кодирование, чем если бы программист писал их вручную целиком, второе позволяет улучшить свойства кода (размер и быстродействие).

Генерация кода[править | править вики-текст]

При этом подходе код программы не пишется вручную, а создается автоматически программой-генератором на основе другой, более простой программы.

Такой подход приобретает смысл, если при программировании вырабатываются различные дополнительные правила (более высокоуровневые парадигмы, выполнение требований внешних библиотек, стереотипные методы реализации определенных функций и пр.). При этом часть кода теряет содержательный смысл и становится лишь механическим выполнением правил. Когда эта часть становится значительной, возникает мысль задавать вручную лишь содержательную часть, а остальное добавлять автоматически. Это и проделывает генератор.

Реализуется двумя основными методами:

Решают задачу, если соблюдение «правил» сводится к вставке в программу повторяющихся (или почти повторяющихся) кусков кода. Помимо этого, обладают ещё рядом достоинств: например, помогают повторному использованию. См. также: полиморфизм
  • Синтаксические макросы. Позволяют генерировать код как шаблоны С++, но имеют больше возможностей для кодогенерации, так как умеют работать с объектной моделью программы, в отличие от шаблонов С++. Реализованы в нескольких языках программирования: Nemerle, Scala, Лисп и других.
Применяются в случаях, если простых средств вроде шаблонов недостаточно. Язык генератора составляется так, чтобы автоматически или с минимальными усилиями со стороны программиста реализовывать правила парадигмы или необходимые специальные функции. Фактически, это — более высокоуровневый язык программирования, а генератор — не что иное, как транслятор. Генераторы пишутся, как правило, для создания специализированных программ, в которых очень значительная часть стереотипна, либо для реализации сложных парадигм.
  • В Perl существует понятие «source filters» («фильтров исходного кода») — метода переработки файлов с исходным кодом перед выполнением, позволяющего полностью менять синтаксис и семантику языка. Одним из известных примеров является модуль Lingua::Romana::Perligata, позволяющий писать код Perl на латыни.[2]
  • В Форт программисту предоставляют встроенные в язык возможности по изменению своего синтаксиса и семантики. Это достигается определением архитектуры виртуальной машины и полного доступа к возможностям изменения её составляющих.

Самомодифицирующийся код[править | править вики-текст]

Возможность изменять или дополнять себя во время выполнения превращает программу в виртуальную машину. Хотя такая возможность существовала уже давно на уровне машинных кодов (и активно использовалась, например, при создании полиморфных вирусов), с метапрограммированием обычно связывают перенос подобных технологий в высокоуровневые языки.

Основные методы реализации:

Позволяет во время выполнения просматривать, создавать и изменять определения типов, стек вызовов, обращаться к переменной по имени, получаемому динамически и пр.
  • Пространство имён System.Reflection и тип System.Type в .NET; классы Class, Method, Field в Java; представление пространств имен и определений типов через встроенные типы данных в Python; стандартные встроенные возможности в Форт по доступу к ресурсам виртуальной машины; получение значения и изменение свойств почти любого из объектов в ECMAScript (с оговорками).
  • Интерпретация произвольного кода, представленного в виде строки.
    • Существует естественным образом во множестве интерпретируемых языков, например, eval() в PHP.
    • Компилятор Tiny C позволяет «на лету» компилировать и исполнять код на языке C, представленный в виде строки символов.
    • Для Форт использования процедуры интерпретации из строки EVALUATE.

В языке Пролог метапрограммирование позволяет автоматизировать разработку и верификацию (проверку свойств) Пролог-программ. Метапрограммы рассматривают программы на Прологе как термы и позволяют анализировать их свойства и взаимоотношения, строить программы для управления другими Пролог-программами[3].

См. также[править | править вики-текст]

Языково-ориентированное программирование
Предметно-специфичный язык

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Метакидес Г., Нероуд А. Принципы логики и логического программирования = Principles of Logic and Logic Programming. — М.: Факториал, 1998. — С. 252-253. — 288 с. — ISBN 5-88688-037-2.

Ссылки[править | править вики-текст]