Metaprogramovanie / Úvod, reflexia

Metaprogramovanie

Metaprogramovanie je vytváranie programov, ktoré manipulujú programami ako dátami — analyzujú, generujú alebo transformujú iné programy alebo seba.

One person’s data is another person’s program.

— Guy L. Steele, Jr.

Príklady

meta-

μετά

• za niečim, medzi, okrem, mimo
• metamorfóza — premena, zmena tvaru
• metanoia — zmena zmýšľania, obrátenie, pokánie
• metafyzika — to, čo nasleduje za fyzikou, presahuje fyzický svet
• metateória — teória, ktorá skúma štruktúry a metódy inej teórie

Tento predmet

• Reflexia
• Anotácie
• Generovanie kódu
• Systémy typov
• Makrá
• Vývoj softvéru na základe modelu
• Aspektovo-orientované programovanie

Z čoho sa učiť?

• Snímky z prednášky nie sú študijným materiálom!
• Robte si poznámky
• Čítajte študijné materiály
• Čítajte odporúčanú literatúru

Metaprogramovanie

Metaprogramovanie je vytváranie programov, ktoré manipulujú programami ako dátami — analyzujú, generujú alebo transformujú iné programy alebo seba.

Čo je to program?

Computer Program

computer program, detailed plan or procedure for solving a problem with a computer; more specifically, an unambiguous, ordered sequence of computational instructions necessary to achieve such a solution. The distinction between computer programs and equipment is often made by referring to the former as software and the latter as hardware.

— Encyclopædia Britannica

Aký tvár má program?

Ako vyzerá program?

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

Reprezentácia programov

1. Zdrojový kód
2. AST / ASG
3. Strojový kód / bajtkód
4. Proces

Typy metaprogramovania

"Magic" is just a word programmers use for poetry in code that they don't appreciate at first glance. I love magic and learning how it works! We're supposed to be the wizards of the computer.

— DHH (@dhh) February 8, 2025

Prečo používať metaprogramovanie?

Modularita

• Information Hiding
• Separation of Concerns
• D. L. Parnas, “On the criteria to be used in decomposing systems into modules,” Communications of the ACM, december 1972

Metalingvistická abstrakcia

• Prispôsobenie jazyka riešenej úlohe
• DSL
• makrá

Reflexia

Reflexia

Reflexia (reflection) — schopnosť spusteného programu skúmať svoju štruktúru, stav a okolie a na základe toho meniť svoje správanie.

Introspekcia (introspection) — sebapozorovanie.

Príklad

public class ReflectiveHelloWorld {
    public void printHello() {
        System.out.println("Hello from " +
                           this.getClass().getName());
    }
}

Príklad

Majme objekt o ktorom vieme, že má definovanú metódu void setColor(Color color), nevieme však jeho konkrétny typ.

Ako zavolať túto metódu?

    public static void setObjectColor(Object obj, Color color) {
      Class cls = obj.getClass();
      try {
        Method method = cls.getMethod("setColor", Color.class);
        method.invoke(obj, color);
      } catch (NoSuchMethodException ex) { ... }
        catch (IllegalAccessException ex) { ... }
        catch (InvocationTargetException ex) { ... }
    }
  

Metaobjekty

• Reprezentácia informácií o bežiacom programe a jeho častiach
• Class, Method, Field, Constructor, atď.
• java.lang.reflect

Získanie metaobjektov

• Metóda Class<?> Object.getClass()
• Class literal: String.class
  • aj pre primitívne typy: int.class

Reflection API

Class<T>

• String getName()
• boolean isInterface()
• boolean isPrimitive()
• boolean isArray()
• Class<?>[] getInterfaces()
• Class<? super T> getSuperclass()

Prístup k dátovým členom

• Všetky verejné dátové členy (aj zdedené): Field[] getFields()
• Dátové členy deklarované v triede: Field[] getDeclaredFields()

Field

• String getName()
• Class<?> getType()
• Object get(Object obj)
• void set(Object obj, Object value)

Prístup k metódam

• Method[] getMethods()
• Method[] getDeclaredMethods()

Method

• invoke(Object obj, Object... args)

Vytvorenie objektu

• Constructor<T>

  • T newInstance(Object<?>... initargs)

• Class<T>

  • T newInstance()

Demo

Čo s private?

AcessibleObject

• Nadtrieda pre Field, Method, Constructor
• void setAccessible(boolean flag)
• field.setAccessible(true);

Zdrojové kódy

https://git.kpi.fei.tuke.sk/meta/examples/json

Článok

• Brooks, F.P., Jr. “No Silver Bullet: Essence and Accidents of Software Engineering”. Computer 20, č. 4 (1987): 10–19. https://doi.org/10.1109/MC.1987.1663532.

• Prečítať do budúceho cvičenia