冒號(hào)和他的學(xué)生們
——程序員提高班紀(jì)事
- 超級(jí)范式
智能繁衍：機(jī)器人生產(chǎn)機(jī)器人 ——題記
引號(hào)忽然想起一事，問道：“有一本名為《C++模版元編程》的書，既然提到了模板，想來也屬于泛型編程吧？”
冒號(hào)答道：“模板元編程即Template
Metaprogramming，與GP密切相關(guān)但自成一派，隸屬于另一種編程范式——元編程（Metaprogramming），簡(jiǎn)稱MP。這里的前綴‘meta-’常譯作‘元’，其實(shí)就是‘超級(jí)’、‘行而上’的意思。比如，元數(shù)據(jù)（Metadata）是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，元對(duì)象（Metaobject）是關(guān)于對(duì)象的對(duì)象，依此類推，元編程自然是關(guān)于程序的程序，或者說是編寫、操縱程序的程序。”
嘆號(hào)皺著眉：“聽著有點(diǎn)繞。”
冒號(hào)投影出另一段代碼——
C++（元編程）：
template <int N>
struct factorial
{
enum { value = N * factorial<N
- 1>::value };
};
template <> // 特化（specialization）
struct factorial<0> // 遞歸中止
{
enum { value = 1 };
};
void main()
{
cout << factorial<5>::value << endl; // 等價(jià)于cout << 120 <<
endl;
}
“以上用模板元編程實(shí)現(xiàn)了階乘運(yùn)算。”冒號(hào)講解道，“與前面三種基本范式的階乘實(shí)現(xiàn)有著根本的不同：這里階乘的值是在編譯時(shí)而非運(yùn)行時(shí)計(jì)算出來的。換句話說，這段代碼以模板形式通過編譯器生成了新的代碼，并在編譯期間獲得執(zhí)行。”
嘆號(hào)不解：“這又說明什么呢？”
冒號(hào)并不直接回答：“假設(shè)你需要批量處理用戶文檔，其格式結(jié)構(gòu)預(yù)先給定，但既不像CSV（逗號(hào)分隔）那么簡(jiǎn)單，也不像XML那么標(biāo)準(zhǔn)，并且用戶隨時(shí)可能改變格式標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)問如何設(shè)計(jì)這段程序？”
嘆號(hào)略一思索，便回答：“三大模塊：閱讀器讀出輸入文檔，解析器按照格式標(biāo)準(zhǔn)去解析，處理器對(duì)解析結(jié)果進(jìn)行處理。”
“顯然關(guān)鍵在解析器，如果你是從頭做起，那么問題至少有四。”冒號(hào)扳著指頭數(shù)：“第一、費(fèi)時(shí)寫解析器代碼；第二、費(fèi)時(shí)調(diào)試解析器代碼；第三、如果用戶更改格式標(biāo)準(zhǔn)，你得重復(fù)做上兩件事；第四、如果這段程序是大型程序的一部分，任何改動(dòng)都可能意味著軟件的重新編譯、連接、測(cè)試、打包、部署等等。如果因?yàn)槟愕木壒使静坏貌活l頻發(fā)布補(bǔ)丁包的話，你的飯碗恐怕是朝不保夕了。”
還是句號(hào)機(jī)靈：“既然談到了元編程，一定是利用元編程，根據(jù)不同的格式標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成相應(yīng)的解析器代碼。不過——此法雖一勞永逸，但難度似乎不小啊。”
“思路對(duì)頭！”冒號(hào)贊許道，“大家聽說過Lex和Yacc嗎？它們能根據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)生成相應(yīng)的解析器代碼。更妙的是，格式標(biāo)準(zhǔn)不限于靜態(tài)數(shù)據(jù)，甚至可以含有動(dòng)態(tài)指令！這意味著用戶不僅能定義業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式，還能定義業(yè)務(wù)流程乃至領(lǐng)域特定語(yǔ)言DSL(Domain
Specific Language)，而這其實(shí)涉及到另一種編程范式：語(yǔ)言導(dǎo)向式編程（Language-Oriented Programming）。如果在此基礎(chǔ)上再用圖形界面包裝一下，那么你的客戶會(huì)欣喜地發(fā)現(xiàn)，他們的經(jīng)理只要點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)就可以改變整個(gè)業(yè)務(wù)流程了，而這一切不僅不需要軟件開發(fā)方的參與，連本公司的技術(shù)人員也免了。這時(shí)候倒是你的老板發(fā)愁了：你的設(shè)計(jì)太過完美，客戶的后續(xù)開發(fā)費(fèi)怕是賺不到了。”
眾人一樂。
冒號(hào)續(xù)道：“如果知道Lex和Yacc本來就是編寫編譯器和解釋器的工具，你就不會(huì)驚訝于它們的強(qiáng)大了。順帶說一句，編譯器本身就是元編程的典型范例——把高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為匯編語(yǔ)言或機(jī)器語(yǔ)言的程序，不就是能寫程序的程序嗎？其實(shí)元編程的例子比比皆是：許多IDE如Visual Studio、Delphi、Eclipse等均能通過向?qū)?、拖放控件等方式自?dòng)生成代碼；UML建模工具將類圖轉(zhuǎn)換為代碼；Servlet引擎將JSP轉(zhuǎn)換為Java代碼等等。”
逗號(hào)恍然大悟：“原來元編程就是編寫能自動(dòng)生成源代碼的程序。”
“也不盡然。”冒號(hào)修正道，“自動(dòng)生成源代碼的編程也屬于另一種編程范式——生成式編程（Generative
Programming）的范疇。有的元編程雖不生成源代碼，卻能修改程序。從低級(jí)的匯編語(yǔ)言到一些高級(jí)的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言如Perl、Python、Ruby、JavaScript、Lisp、Prolog等均支持此類功能。”
問號(hào)問道：“編寫病毒算不算元編程？”
“編寫一個(gè)只是刪除或感染文件的病毒，不必用到元編程。”冒號(hào)應(yīng)道，“但如果要求此病毒能自我變異，那就需要元編程了。”
引號(hào)自言自語(yǔ)：“程序的程序，就是程序的平方。”
“也可以是程序的立方，四次方……理論上是無限次方。元程序?qū)⒊绦蜃鳛閿?shù)據(jù)來對(duì)待，能自我發(fā)現(xiàn)和自我賦權(quán)，有著其他程序所不具備的自覺性、自適應(yīng)性和智能性，可以說是一種最高級(jí)的程序。它要求編程者超越常規(guī)的編程思維，在一種嶄新的高度上理解編程。想象一下，”冒號(hào)激情勃發(fā)，“如果有一天機(jī)器人能自我學(xué)習(xí)、自我完善，甚至能生產(chǎn)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)‘智能繁衍’，是不是很美妙？”
“我怎么覺得特恐怖呢？”嘆號(hào)此言令人忍俊不禁。