Metaprogramovanie / Generovanie kódu

Terminológia

• Pasívne generátory — jednorázové
• Aktívne generátory — opakované

Pasívne generátory

• Jednorazové
• Kód je ďalej ručne upravovaný
• Príklady:
  • generovanie kostry nového kódu
  • konverzia

Aktívne generátory

• Kód nemá byť upravovaný ručne
• Pri potrebe zmeny sa vygeneruje znovu
• Vstup:
  • konfigurácia / model
  • doménovo-špecifický jazyk
• Príklad:
  • generovanie HTML, SQL
  • transpiling (SASS -> CSS, TypeScript -> JS)

Generovanie

Prečo generovať kód?

Generovanie kódu vs reflexia

• Viac informácií počas prekladu
• Väčšie možnosti
• Iná alebo modifikovaná syntax
  • Doménovo-špecifické jazyky
• Efektivita vykonávania

Techniky generovania

• Transformačné generovanie
• Generovanie pomocou šablón

Transformačné generovanie

Riadené vstupom

for (var element: stateMachine.getElements()) {
    if (element.isState()) {
        printState(element);
    } else if (element.isTransition()) {
        printTransition(element);
    }
}

Transformačné generovanie

Riadené výstupom

for (var state: stateMachine.getStates()) {
    printState(state);
}
for (var trans: stateMachine.getTransitions()) {
    printTransition(trans);
}

Generovanie pomocou šablón

Typické problémy

Exploits of a Mom

Reťazce

• Escaping
  • O'Reilly → 'O''Reilly' alebo 'O\'Reilly'
  • Rôzne pravidlá v rôznych jazykoch

Identifikátory – problémy

• nepovolené znaky
• kľúčové slová: SELECT FROM, TO FROM RENAME

Identifikátory – riešenia

• escaping
• quoting SELECT "FROM", "TO" FROM "RENAME"
• prepis mien SELECT FROM_, TO_ FROM RENAME_
  • pozor na konflikty mien

Makrá

Makrá v C

#define SWAP(a, b, type)  type t = a; a = b; b = t

int x = 1, y = 2;
SWAP(x, y, int);
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);

Po transformácii

#define SWAP(a, b, type)  type t = a; a = b; b = t

int x = 1, y = 2;
int t = x; x = y; y = t;
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);

Makrá

• Náhrada podľa vzoru počas prekladu

Čím sa líšia od funkcií?

Výhody

• Možnosť ovplyvniť syntax
• Možnosť ovplyvniť spôsob vyhodnocovania

Problémy

Zachytenie premennej

#define SWAP(a, b, type)  type t = a; a = b; b = t

int x = 1, y = 2, t = 3;
SWAP(x, y, int);
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);

redefinition of ‘t’

Narušenie štruktúry programu

#define SWAP(a, b, type)  type t = a; a = b; b = t

int x = 1, y = 2;
if (x > y)
    SWAP(x, y, int);
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);

Po tranformácii

#define SWAP(a, b, type)  type t = a; a = b; b = t

int x = 1, y = 2;
if (x > y)
    int t = x;
x = y;
y = t;
printf("x=%d, y=%d\n", x, y);

Riešenie

#define SWAP(a,b,type) {type t543178 = a; a = b; b = t543178;}

Syntaktické makrá

• Pracujú na úrovni syntaktického stromu a nie textu
• Makro — funkcia manipulujúca fragmentom syntaktického stromu
• Vzory a pravidlá — „macro by example“

Lisp / Scheme

(define (fib n)
    (cond ((= n 0) 0)
          ((= n 1) 1)
          (else (+ (fib (- n 1))
                   (fib (- n 2))))))

Článok

S. Krishnamurthi, “Educational Pearl: Automata via Macros,” Journal of Functional Programming, vol. 16, no. 3, 2006.

Príklad:

• jazyk pre definíciu KSA
• automat, ktorý rozpoznáva jazyk c(ad)*r

(define m
  (automaton init
             (init :
                   (c -> more))
             (more :
                   (a -> more)
                   (d -> more)
                   (r -> end))
             (end : accept)))

let m = automaton! {
    initial: init,
    init: {'c' => more},
    more: {
        'a' => more,
        'd' => more,
        'r' => end,
    },
    end: accept {},
};

Rust

Anotačný procesor

• Analýza a generovanie kódu počas prekladu

Čo ak chceme generovaný kód prispôsobiť?

• Ako oddeliť generovaný a ručne písaný kód?

Generation Gap

Separate generated code from non-generated code by inheritance.