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从Java和JavaScript来学习Haskell和Groovy（元编程）

本篇文章的话题是元编程。首先来认识元编程，我在第一篇《引子》里面已经介绍：元编程，指的是在运行时改变“类”的定义，例如访问、增加或修改等等。一言以蔽之，就是“用程序来写程序”。在第二篇的《类型系统》里面已经借由继承和接口的实现，介绍了一些利用元编程特性来增加或改变子类行为的方法。回顾语言发展的长河，其实是经历了一个从“对象 -> 类 -> 元类”到“对象 -> 原型”的发展过程的。所以，无论是类，还是元类，这样的概念其实都不是非有不可的，只是因为我们思考的习惯，特别是抽象的习惯而顺其自然地产生了。这一点我在《编程范型：工具的选择》里面已经详细描述了，建议在往下阅读前移步。

正式介入元编程的部分，先来看看Java，它的方式比较原始，也比较清晰，本身它定义了Class、Method、Field等等描述一个类的基本概念，基于静态语言的限制，没有办法真正在运行时改变一个类内部的结构（但是可以在运行时获取一个类内部的结构），于是有了像CGLib这样在运行时使用动态代理，创建一个类来替代的办法，让使用者看起来好像是改变了原始类的结构。当然，在编译期，像AspectJ这样的工具可以做到真正的“织入”逻辑，控制字节码的生成。对于Java的元编程本身而言，即便到今天，局限性很大，但是局限性并不意味着有用性，可以说如今元编程的应用已经铺天盖地，其中有这样两件事情大大加速了它元编程的发展：

一是JDK 5的注解，虽说它和元编程本身没有直接的联系，但是它提供了一种便捷的代码修饰方式，也让对于既有代码的扩展变得方便而充满可能。比如像Lombok这样基于注解的类库，让一个类的扩展和完善非常容易。
二是Spring，无论是学J2ME还是J2EE，Spring都是值得去了解的，AOP的概念老早就提了，但就是从它开始发扬光大的；IoC，把对象管理和拼装的逻辑反转到业务逻辑之外的容器上，这些实现都是需要通过对元编程的操纵来完成的。

再来看看Haskell，把它和Java放在一起介绍，因为二者都是静态语言，改变类或者定义结构的事情只能寄期望于编译期完成。Haskell的元编程并非核心内容，因此也更加初级，据我所知，基本上谈及Haskell的元编程，必谈 Template Haskell （TH）。我对TH的了解属于刚接触，对于进一步了解，需要知晓这样两个概念，抽象语法树（abstract syntax tree，AST），代码语法分析成功以后就会生成AST，它包含的内容和代码本身是一致的。而TH的执行结果，也是生成一棵AST。

接着要了解的概念是QuasiQuotation，里面可以存放任何字符串，被视作一个表达式，允许程序员写自定义的结构片段（下面的中括号组合加上里面的竖线的这个结构 [| |]）。比如（例子来自这里）：

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

这一篇介绍相对比较容易理解（里面还介绍了使用reify来自省）。比如 [d|head’ (x:_) = x|] 这样的表达式会被解析成为这样一棵AST：[FunD head’ [Clause [InfixP (VarP x_1) GHC.Types.: WildP] (NormalB (VarE x_1)) []]]。

如果表达式里面还有Quotation，就需要使用 $() 来区分，比如：

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

无论是上面的哪一个，限制都还是太多了，主要的原因还是在于，它们是静态语言；因此要用元编程用得自如，必须深入学习一门动态语言。

来看JavaScript。从静态语言的囚笼中解脱出来， JavaScript的元编程的能力虽然强大，但是却很容易归纳：

对对象的自省，对对象方法和属性的改变，这里的对象既包括普通的对象和方法实例，也包括prototype这个特殊成员；
eval关键字。

其余那些元编程的特性，都是其他人或者说第三方基于以上元编程基本的能力给后加上去的。

对于第一条，其实可以用下面这个最简单的例子来概括：

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();

而对于第二条，还是用一个最简单的例子来说明，数据和代码等价的道理（还有一个关于模板引擎使用代码生成的例子在这里）：

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

最后是Groovy，把Groovy放在最后是因为它的元编程特性太丰富了（下面的特性，如果要找例子都可以去这个官网的链接）。Java的所有元编程能力全部保留，在之基础上，下面我有选择地介绍几条。

1、MethodMissing：这是一个我非常喜欢的特性，简言之就是当被调用方法不存在时，可以执行的自定义方法，想一想，这相当于为对象提供了一个重要的特性：default行为。与methodMissing相对的，还有propertyMissing。

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

2、GroovyInterceptable：这个特性是给方法调用增加一层拦截逻辑，换句话说，是AOP的一种实现，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()

上面的例子调用targetMethod，但是拦截逻辑放在invokeMethod里面。

3、Categories，这是个从Objective C搬过来的特性。这个怎么说呢，很像电脑游戏里面角色的隐藏技能，平时不具备，但是危急关头（使用use关键字）可以触发打开，等到危急结束（use的代码块结束），技能又消失，恢复原状。

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”？听起来就很牛的样子，对吧。如果我们遵循magic package的命名规约，我们可以创建自定义的元类（MetaClass）：

groovy.runtime.metaclass.[package].[class]MetaClass

比如我们要改变java.lang.String的逻辑，那就实现一个MetaClass，并且这个类的路径是：

groovy.runtime.metaclass.java.lang.StringMetaClass

BTW，Groovy的 MetaClass的一系列子类能力很强，连static method之类的东西都可以改变。更多的元编程特性，去官网找就好了。

但是回过头来看一下，若论功能和特性的种类和纷繁程度，自然没得说，但是从语言设计的简洁性来说，JavaScript这个老被说“有缺陷”的语言却可以甩Groovy几条街。这并非一个孰好孰坏的评判，正如同接口的设计一样，有人喜欢最简接口，有人喜欢人本接口。有的语言就是喜欢简洁，像我以前提过的Io语言，连关键字都省了；但是像Perl呢，却说：

There’s More Than One Way To Do It.

所以，程序员啊，开心最重要了。(-_-)~…

在下一篇，会比较一下这四位DSL的特性和能力。

正文到此结束