Язык программирования Elixir невероятно универсален. Построенный на виртуальной машине Erlang, Elixir был разработан с учетом высокой параллелизма и низкой задержки. Это отличный выбор для разработки крупномасштабных веб-сайтов и веб-приложений, а также встроенных систем и распределенных приложений. И знаете ли вы это или нет, Elixir легко упрощает продвинутую технику метапрограммирования. Изучая метапрограммирование, мы можем еще больше расширить функциональность Elixir в соответствии с потребностями нашего проекта.
Сегодня мы представим тему метапрограммирования в Elixir. Мы заглянем под капот, чтобы узнать, как абстрактное синтаксическое дерево и макросы работают вместе, чтобы включить метапрограммирование в Elixir.
Что такое метапрограммирование?
Метапрограммирование — это передовая техника программирования, с помощью которой мы можем писать программы, которые рассматривают другие программы как свои данные. Метапрограммирование позволяет программам читать, генерировать и модифицировать другие программы. Более того, эти программы могут существенно модифицировать себя.
С помощью метапрограммирования мы можем:
- Сдвиг вычислений со времени выполнения на время компиляции
- Включить генерацию кода с вычислениями во время компиляции
- Напишите код, который изменяет сам себя
Метапрограммирование приобрело популярность благодаря языкам обработки списков, таким как LISP, в 1970-х и 1980-х годах. Elixir — один из многих языков, которые сегодня предлагают метапрограммирование.
Метапрограммирование в Elixir
Есть два компонента, которые работают вместе, чтобы облегчить метапрограммирование в Elixir:
Абстрактное синтаксическое дерево (AST)
Макросы
Давайте обсудим, как эти компоненты помогают расширить функциональность языка программирования Elixir.
Абстрактные синтаксические деревья
Структура данных AST работает «под капотом» для поддержки компилятора на большинстве языков. На этапе синтаксического анализа компилятора исходный код представляется через эту структуру как промежуточное представление, которое закладывает основу для генерации кода.
Структура абстрактного синтаксического дерева
Метапрограммирование в Elixir основано на возможности манипулировать и проверять AST. У нас есть уникальная возможность доступа к AST при работе с кодом Elixir. Возможность доступа к этим внутренним компонентам программы позволяет нам работать ближе к уровню компилятора, чем когда-либо прежде. В языке программирования Elixir эти промежуточные представления AST также называются выражениями в кавычках.
Каждое выражение Elixir представлено узлом в AST. За исключением основных значений, каждый узел или выражение представлено кортежем, состоящим из этих трех элементов:
- Первый элемент: атом, указывающий на вызов функции
- Второй элемент: Метаданные
- Третий элемент: аргументы функции
Например, вызов функции sum(2, 4, 6)представлен в виде следующего кортежа или выражения в кавычках:{:sum, [], [2, 4, 6]}
Elixir макросы
Макросы позволяют нам расширять функциональность языка программирования Elixir путем внедрения кода в приложение. Это специальные функции, которые возвращают выражение в кавычках, которое мы можем вставить в код нашего приложения. Когда компилятор находит макрос, он рекурсивно расширяет макрос до тех пор, пока в коде не останется вызовов макроса. Мы обсудим два макроса в качестве введения в метапрограммирование в Elixir.
quote
quoteиграет важную роль в генерации кода в Elixir. Мы можем использовать quoteмакрос в оболочке iex для вывода выражения в кавычках для любого выражения Elixir. Например, применительно к примеру кода из предыдущего раздела:
quote do: sum(2, 4, 6) ⇒ {:sum, [], [2, 4, 6]}
unquote
В то время как quoteмакрос позволяет нам получить доступ к AST, unquoteмакрос позволяет нам изменять AST, вводя в него новый код или значения. unquoteоценивает полученное выражение и вставляет полученный AST в выражение в кавычках. Например, в этом примере кода мы раскавычиваем numи вставляем его в заключенное в кавычки выражение (или AST) вызова функции sum(10, num).
num = 20 quote do: sum(10, num) quote do: sum(10, unquote(num)) ⇒ {:sum, [], [10, {:num, [], Elixir}]} ⇒ {:sum, [], [10, 20]}
Примечание об использовании макросов
Макросы считаются строительными блоками Elixir. Мы можем использовать макросы для написания эффективного и читаемого кода. Они отлично подходят для доменных языков (DSL), таких как Phoenix и Ecto. Они помогают нам выполнять сложные задачи и создавать собственные языковые функции.
Вы часто будете слышать, что одна из первых вещей, которые вы должны знать о метапрограммировании: не используйте макросы. Как и в случае с большинством передовых методов программирования, сила, которую дают нам макросы Elixir, может привести к ошибкам при неправильном обращении. Ошибки метапрограммирования могут привести к ошибкам программы, которые трудно отладить. Хотя заявления об отказе от ответственности небезосновательны, они не должны удерживать вас от изучения мощной техники метапрограммирования. При должной осторожности вы можете использовать систему макросов Elixir, чтобы писать меньше кода и разрабатывать высокопроизводительные приложения.
Подведение итогов
Как программист Elixir, у вас есть возможность расширить функциональность Elixir посредством метапрограммирования. Вы можете использовать макросы Elixir для создания новых языковых функций и DSL, устраняя при этом необходимость перекомпиляции, когда ваш код сталкивается с новыми ситуациями.
