從Java和JavaScript來學習Haskell和Groovy（元編程）

本篇文章的話題是元編程。首先來認識元編程，我在第一篇《引子》里面已經介紹：元編程，指的是在運行時改變“類”的定義，例如訪問、增加或修改等等。一言以蔽之，就是“用程序來寫程序”。在第二篇的《類型系統》里面已經借由繼承和接口的實現，介紹了一些利用元編程特性來增加或改變子類行為的方法。回顧語言發展的長河，其實是經歷了一個從“對象 -> 類 -> 元類”到“對象 -> 原型”的發展過程的。所以，無論是類，還是元類，這樣的概念其實都不是非有不可的，只是因為我們思考的習慣，特別是抽象的習慣而順其自然地產生了。這一點我在 《編程范型：工具的選擇》 里面已經詳細描述了，建議在往下閱讀前移步。

正式介入元編程的部分，先來看看Java，它的方式比較原始，也比較清晰，本身它定義了Class、Method、Field等等描述一個類的基本概念，基于靜態語言的限制，沒有辦法真正在運行時改變一個類內部的結構（但是可以在運行時獲取一個類內部的結構），于是有了像CGLib這樣在運行時使用動態代理，創建一個類來替代的辦法，讓使用者看起來好像是改變了原始類的結構。當然，在編譯期，像AspectJ這樣的工具可以做到真正的“織入”邏輯，控制字節碼的生成。對于Java的元編程本身而言，即便到今天，局限性很大，但是局限性并不意味著有用性，可以說如今元編程的應用已經鋪天蓋地，其中有這樣兩件事情大大加速了它元編程的發展：

• 一是JDK 5的注解，雖說它和元編程本身沒有直接的聯系，但是它提供了一種便捷的代碼修飾方式，也讓對于既有代碼的擴展變得方便而充滿可能。比如像Lombok這樣基于注解的類庫，讓一個類的擴展和完善非常容易。
• 二是Spring，無論是學J2ME還是J2EE，Spring都是值得去了解的，AOP的概念老早就提了，但就是從它開始發揚光大的；IoC，把對象管理和拼裝的邏輯反轉到業務邏輯之外的容器上，這些實現都是需要通過對元編程的操縱來完成的。

再來看看Haskell，把它和Java放在一起介紹，因為二者都是靜態語言，改變類或者定義結構的事情只能寄期望于編譯期完成。Haskell的元編程并非核心內容，因此也更加初級，據我所知，基本上談及Haskell的元編程，必談 Template Haskell （TH）。我對TH的了解屬于剛接觸，對于進一步了解，需要知曉這樣兩個概念，抽象語法樹（abstract syntax tree，AST），代碼語法分析成功以后就會生成AST，它包含的內容和代碼本身是一致的。而TH的執行結果，也是生成一棵AST。

接著要了解的概念是QuasiQuotation，里面可以存放任何字符串，被視作一個表達式，允許程序員寫自定義的結構片段（下面的中括號組合加上里面的豎線的這個結構 [| |]）。比如（例子來自 這里 ）：

silly :: QuasiQuoter
silly = QuasiQuoter { quoteExp = \_ -> [| "yeah!!!" |] }

這一篇 介紹 相對比較容易理解（里面還介紹了使用reify來自省）。比如 [d|head’ (x:_) = x|] 這樣的表達式會被解析成為這樣一棵AST：[FunD head’ [Clause [InfixP (VarP x_1) GHC.Types.: WildP] (NormalB (VarE x_1)) []]]。

如果表達式里面還有Quotation，就需要使用 $() 來區分，比如：

emptyShow :: Name -> Q [Dec]
emptyShow name = [d|instance Show $(conT name) where show _ = ""|]

無論是上面的哪一個，限制都還是太多了，主要的原因還是在于，它們是靜態語言；因此要用元編程用得自如，必須深入學習一門動態語言。

來看JavaScript。從靜態語言的囚籠中解脫出來， JavaScript的元編程的能力雖然強大，但是卻很容易歸納：

• 對對象的自省，對對象方法和屬性的改變，這里的對象既包括普通的對象和方法實例，也包括prototype這個特殊成員；
• eval關鍵字。

其余那些元編程的特性，都是其他人或者說第三方基于以上元編程基本的能力給后加上去的。

對于第一條，其實可以用下面這個最簡單的例子來概括：

function Func(){};
var func = new Func();
func.a = function(){
    console.log("a");
};
Func.b = function(){
    console.log("b");
};
Func.prototype.c = function(){
    console.log("c");
};
// instance
func.a();
// function
Func.b();
// prototype
func.c();

而對于第二條，還是用一個最簡單的例子來說明，數據和代碼等價的道理（還有一個關于模板引擎使用代碼生成的例子在這里）：

var str = "{a:3, b:4}";
var obj = eval("(" + str + ")");
console.log(obj);

最后是Groovy，把Groovy放在最后是因為它的 元編程特性太豐富了 （下面的特性，如果要找例子都可以去這個官網的鏈接）。Java的所有元編程能力全部保留，在之基礎上，下面我有選擇地介紹幾條。

1、MethodMissing：這是一個我非常喜歡的特性，簡言之就是當被調用方法不存在時，可以執行的自定義方法，想一想，這相當于為對象提供了一個重要的特性：default行為。與methodMissing相對的，還有propertyMissing。

class Foo {
   def methodMissing(String name, def args) {
        return "this is me"
   }
}
assert new Foo().someUnknownMethod(42l) == 'this is me'

2、GroovyInterceptable：這個特性是給方法調用增加一層攔截邏輯，換句話說，是AOP的一種實現，比如：

class SimplePOGO implements GroovyInterceptable {
    void targetMethod(){
    System.out.println("...")
    }
    def invokeMethod(String name, args){
    System.out.println("${name} is being called")
    //Get the method that was originally called.
    def calledMethod = SimplePOGO.metaClass.getMetaMethod(name, args)
    calledMethod?.invoke(this, args)
    }
}
simplePogo = new SimplePOGO()
simplePogo.targetMethod()

上面的例子調用targetMethod，但是攔截邏輯放在invokeMethod里面。

3、Categories，這是個從Objective C搬過來的特性。這個怎么說呢，很像電腦游戲里面角色的隱藏技能，平時不具備，但是危急關頭（使用use關鍵字）可以觸發打開，等到危急結束（use的代碼塊結束），技能又消失，恢復原狀。

use(TimeCategory)  {
    println 1.minute.from.now
    println 10.hours.ago

    def someDate = new Date()
    println someDate - 3.months
}

4、Magic Package。“魔法包”？聽起來就很牛的樣子，對吧。如果我們遵循magic package的命名規約，我們可以創建自定義的元類（MetaClass）：

比如我們要改變java.lang.String的邏輯，那就實現一個MetaClass，并且這個類的路徑是：

BTW，Groovy的 MetaClass的一系列子類 能力很強，連static method之類的東西都可以改變。更多的元編程特性，去官網找就好了。

但是回過頭來看一下，若論功能和特性的種類和紛繁程度，自然沒得說，但是從語言設計的簡潔性來說，JavaScript這個老被說“有缺陷”的語言卻可以甩Groovy幾條街。這并非一個孰好孰壞的評判，正如同接口的設計一樣，有人喜歡最簡接口，有人喜歡人本接口。有的語言就是喜歡簡潔，像我以前提過的Io語言，連關鍵字都省了；但是像Perl呢，卻說：

所以，程序員啊，開心最重要了。(-_-)~…

在下一篇，會比較一下這四位DSL的特性和能力。