冒號和他的學生們
——程序員提高班紀事
- 超級范式
智能繁衍：機器人生產機器人 ——題記
引號忽然想起一事，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？”
冒號答道：“模板元編程即Template
Metaprogramming，與GP密切相關但自成一派，隸屬于另一種編程范式——元編程（Metaprogramming），簡稱MP。這里的前綴‘meta-’常譯作‘元’，其實就是‘超級’、‘行而上’的意思。比如，元數據（Metadata）是關于數據的數據，元對象（Metaobject）是關于對象的對象，依此類推，元編程自然是關于程序的程序，或者說是編寫、操縱程序的程序。”
嘆號皺著眉：“聽著有點繞。”
冒號投影出另一段代碼——
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; // 等價于cout << 120 <<
endl;
}
“以上用模板元編程實現了階乘運算。”冒號講解道，“與前面三種基本范式的階乘實現有著根本的不同：這里階乘的值是在編譯時而非運行時計算出來的。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行。”
嘆號不解：“這又說明什么呢？”
冒號并不直接回答：“假設你需要批量處理用戶文檔，其格式結構預先給定，但既不像CSV（逗號分隔）那么簡單，也不像XML那么標準，并且用戶隨時可能改變格式標準，請問如何設計這段程序？”
嘆號略一思索，便回答：“三大模塊：閱讀器讀出輸入文檔，解析器按照格式標準去解析，處理器對解析結果進行處理。”
“顯然關鍵在解析器，如果你是從頭做起，那么問題至少有四。”冒號扳著指頭數：“第一、費時寫解析器代碼；第二、費時調試解析器代碼；第三、如果用戶更改格式標準，你得重復做上兩件事；第四、如果這段程序是大型程序的一部分，任何改動都可能意味著軟件的重新編譯、連接、測試、打包、部署等等。如果因為你的緣故公司不得不頻頻發布補丁包的話，你的飯碗恐怕是朝不保夕了。”
還是句號機靈：“既然談到了元編程，一定是利用元編程，根據不同的格式標準自動生成相應的解析器代碼。不過——此法雖一勞永逸，但難度似乎不小啊。”
“思路對頭！”冒號贊許道，“大家聽說過Lex和Yacc嗎？它們能根據格式標準生成相應的解析器代碼。更妙的是，格式標準不限于靜態數據，甚至可以含有動態指令！這意味著用戶不僅能定義業務數據格式，還能定義業務流程乃至領域特定語言DSL(Domain
Specific Language)，而這其實涉及到另一種編程范式：語言導向式編程（Language-Oriented Programming）。如果在此基礎上再用圖形界面包裝一下，那么你的客戶會欣喜地發現，他們的經理只要點點鼠標就可以改變整個業務流程了，而這一切不僅不需要軟件開發方的參與，連本公司的技術人員也免了。這時候倒是你的老板發愁了：你的設計太過完美，客戶的后續開發費怕是賺不到了。”
眾人一樂。
冒號續道：“如果知道Lex和Yacc本來就是編寫編譯器和解釋器的工具，你就不會驚訝于它們的強大了。順帶說一句，編譯器本身就是元編程的典型范例——把高級語言轉化為匯編語言或機器語言的程序，不就是能寫程序的程序嗎？其實元編程的例子比比皆是：許多IDE如Visual Studio、Delphi、Eclipse等均能通過向導、拖放控件等方式自動生成代碼；UML建模工具將類圖轉換為代碼；Servlet引擎將JSP轉換為Java代碼等等。”
逗號恍然大悟：“原來元編程就是編寫能自動生成源代碼的程序。”
“也不盡然。”冒號修正道，“自動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。從低級的匯編語言到一些高級的動態語言如Perl、Python、Ruby、JavaScript、Lisp、Prolog等均支持此類功能。”
問號問道：“編寫病毒算不算元編程？”
“編寫一個只是刪除或感染文件的病毒，不必用到元編程。”冒號應道，“但如果要求此病毒能自我變異，那就需要元編程了。”
引號自言自語：“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。元程序將程序作為數據來對待，能自我發現和自我賦權，有著其他程序所不具備的自覺性、自適應性和智能性，可以說是一種最高級的程序。它要求編程者超越常規的編程思維，在一種嶄新的高度上理解編程。想象一下，”冒號激情勃發，“如果有一天機器人能自我學習、自我完善，甚至能生產機器人，實現‘智能繁衍’，是不是很美妙？”
“我怎么覺得特恐怖呢？”嘆號此言令人忍俊不禁。