Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Метапрограммирование — создание программ, которые создают другие программы как результат своей работы (либо — частный случай — изменяющие или дополняющие себя во время выполнения).
Метапрограммирование можно разделить на 2 направления: на стадии компиляции (генерация кода) и на стадии выполнения (самомодифицирующийся код).
Первое направление позволяет получить программу при меньших затратах времени и усилий, чем если бы программист писал её вручную. Второе — расширяет возможности программиста.
[править] Генерация кода
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 2 основными методами:
- Решают задачу, если соблюдение «правил» сводится к вставке в программу повторяющихся (или почти повторяющихся) кусков кода. Помимо этого, обладают еще рядом достоинств: например, помогают повторному использованию. См. также параметрический полиморфизм
- 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 (таких, как паттерны проектирования).
- 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.[1]
- В Forth 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.
[править] Самомодифицирующийся код
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:
- Интроспекция — представление внутренних структур языка в виде переменных встроенных типов с возможностью доступа к ним из программы
- Позволяет во время выполнения смотреть, 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 Forth по доступу к ресурсам виртуальной машины.
- 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. Также урезанный компилятор C используется внутри игры Alien Shooter для описания уровней.
- Для Forth использования процедуры интерпретации из строки EVALUATE
Принципиальный недостаток технологий этого направления — неприменимость к компилируемым языкам. Можно ввести в такой язык интерпретатор, как в вышеуказанной библиотеке для С++, но это практически сведет на нет главное преимущество данных языков — производительность. Хороший задел компиляции программы при загрузке, сравнимый с С, демонстрируют удачные реализации Forth языка. Например российский spf4 в тестах сравнения с Си.[2]
- Quine
- Предметно-ориентированный язык программирования
- Forth — язык, изначально имеющий расширенные механизмы метапрограммирования.
- Lisp — старейший язык программирования, естественным образом поддерживающий метапрограммирование.
- Template Haskell — расширение языка Haskell, позволяющее манипулировать синтаксическими деревьями во время компиляции.
- Ruby — «Лисп для простых смертных», простой и одновременно мощный язык программирования.
- Nemerle — язык программирования для платформы .NET со встроенной поддержкой метапрограммирования.
Метапрограммирование - Избранная статья
Метапрограммирование - Знаете ли вы, что…
