Normal 0 冒号和他的学生们

——程序员提高班纪事

 

 

10. 超级范式

智能繁衍：机器人生产机器人                                             ——题记

 

摘要：元编程简谈

 

引号忽然想起一事，问道：“有一本名为《C++模版元编程》的书，既然提到了模板，想来也属于泛型编程吧？”

冒号答道：“模板元编程即Template Metaprogramming，与GP密切相关但自成一派，隶属于另一种编程范式——元编程（Metaprogramming），简称MP。这里的前缀‘meta-’常译作‘元’，其实就是‘超级’、‘行而上’的意思。比如，元数据（Metadata）是关于数据的数据，元对象（Metaobject）是关于对象的对象，依此类推，元编程自然是关于程序的程序，或者说是编写、操纵程序的程序。”

叹号皱着眉：“听着有点绕。”

冒号投影出另一段代码——

C++（元编程）：

template

struct factorial

{

     enum { value = N * factorial::value };

};

 

template <>                // 特化（specialization）

struct factorial<0>    // 递归中止

{

     enum { value = 1 };

};

 

void main()

{

    cout << factorial<5>::value << endl; // 等价于 cout << 120 << endl;

}

 

“以上用模板元编程实现了阶乘运算。”冒号讲解道，“与前面三种基本范式的阶乘实现有着根本的不同：这里阶乘的值是在编译时而非运行时计算出来的。换句话说，这段代码以模板形式通过编译器生成了新的代码，并在编译期间获得执行。”

叹号不解：“这又说明什么呢？”

冒号并不直接回答：“假设你需要批量处理用户文档，其格式结构预先给定，但既不像CSV（逗号分隔）那么简单，也不像XML那么标准，并且用户随时可能改变格式标准，请问如何设计这段程序？”

叹号略一思索，便回答：“三大模块：阅读器读出输入文档，解析器按照格式标准去解析，处理器对解析结果进行处理。”

“显然关键在解析器，如果你是从头做起，那么问题至少有四。”冒号扳着指头数：“第一、费时写解析器代码；第二、费时调试解析器代码；第三、如果用户更改格式标准，你得重复做上两件事；第四、如果这段程序是大型程序的一部分，任何改动都可能意味着软件的重新编译、连接、测试、打包、部署等等。如果因为你的缘故公司不得不频频发布补丁包的话，你的饭碗恐怕是朝不保夕了。”

还是句号机灵：“既然谈到了元编程，一定是利用元编程，根据不同的格式标准自动生成相应的解析器代码。不过——此法虽一劳永逸，但难度似乎不小啊。”

“思路对头！”冒号赞许道，“大家听说过Lex和Yacc吗？它们能根据格式标准生成相应的解析器代码。更妙的是，格式标准不限于静态数据，甚至可以含有动态指令！这意味着用户不仅能定义业务数据格式，还能定义业务流程乃至领域特定语言DSL(Domain Specific Language)，而这其实涉及到另一种编程范式：语言导向式编程（ Language-Oriented Programming）。如果在此基础上再用图形界面包装一下，那么你的客户会欣喜地发现，他们的经理只要点点鼠标就可以改变整个业务流程了，而这一切不仅不需要软件开发方的参与，连本公司的技术人员也免了。这时候倒是你的老板发愁了：你的设计太过完美，客户的后续开发费怕是赚不到了。”

众人一乐。

冒号续道：“如果知道Lex和Yacc本来就是编写编译器和解释器的工具，你就不会惊讶于它们的强大了。顺带说一句，编译器本身就是元编程的典型范例——把高级语言转化为汇编语言或机器语言的程序，不就是能写程序的程序吗？其实元编程的例子比比皆是：许多IDE如Visual Studio、Delphi、Eclipse等均能通过向导、拖放控件等方式自动生成代码；UML建模工具将类图转换为代码；Servlet引擎将JSP转换为Java代码等等。”

逗号恍然大悟：“原来元编程就是编写能自动生成源代码的程序。”

“也不尽然。”冒号修正道，“自动生成源代码的编程也属于另一种编程范式——生成式编程（Generative Programming）的范畴。有的元编程虽不生成源代码，却能修改程序。从低级的汇编语言到一些高级的动态语言如Perl、Python、Ruby、JavaScript、Lisp、Prolog等均支持此类功能。”

问号问道：“编写病毒算不算元编程？”

“编写一个只是删除或感染文件的病毒，不必用到元编程。”冒号应道，“但如果要求此病毒能自我变异，那就需要元编程了。”

引号自言自语：“程序的程序，就是程序的平方。”

“也可以是程序的立方，四次方……理论上是无限次方。元程序将程序作为数据来对待，能自我发现和自我赋权，有着其他程序所不具备的自觉性、自适应性和智能性，可以说是一种最高级的程序。它要求编程者超越常规的编程思维，在一种崭新的高度上理解编程。想象一下，”冒号激情勃发，“如果有一天机器人能自我学习、自我完善，甚至能生产机器人，实现‘智能繁衍’，是不是很美妙？”

“我怎么觉得特恐怖呢？”叹号此言令人忍俊不禁。

 

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