переменной рс, а операция условного ветвления — только в том случае, если условие есть истина.

Массив code является, естественно, внутренним для интерпретатора, однако представим себе, что нам захотелось сохранить сгенерированную программу в файл. Если бы мы записывали адреса функций, то результат получился бы абсолютно непереносимым, да и вообще ненадежным. Однако мы могли бы записывать константы, представляющие функции, например 1000 для addop, 1001 для pushop и т. д., и переводить их обратно в указатели на функции при чтении программы для интерпретации.

Если внимательно посмотреть на файл, который создает эта процеду-, можно понять, что он выглядит как поток команд виртуальной машины. Эти команды реализуют базовые операции нашего рабочего языка, рункция generate — это компилятор, транслирующий язык на виртуальную машину. Виртуальные машины — стародавняя идея, обретшая госледнее время новую популярность благодаря Java и виртуальной шгане Java (Java Virtual Machine, JVM); виртуальные машины предоставляют простой способ создавать переносимые и эффективные реали-, ции программ, написанных на языках высокого уровня.

Программы, которые пишут программы

Возможно, самым примечательным в функции generate является то, о она представляет собой программу, которая пишет другую програму. ее вывод есть поток исполнимых команд для другой (виртуальной) шшны. Собственно, подобная идея нам привычна, именно это делают е компиляторы, только команды они генерируют для реальных машин. На самом деле формы, в которых появляются программы, пишущие программы, очень разнообразны.

Один обычный пример дает динамическая генерация HTML для web-раниц. HTML — это язык, хоть и достаточно ограниченный; кроме то, в себе он может содержать и код JavaScript. Web-страницы часто нерируются "на лету" программами на Perl или С, содержание таких раниц (например, результаты поиска или реклама, нацеленная на определенную аудиторию) зависит от приходящих запросов. Мы использовали специализированные языки для графиков, картинок, таблиц, математических выражений и индекса этой книги. Еще одним примером эжет служить PostScript — язык программирования, тексты на котором создаются текстовыми процессорами, программами рисования и множеством других источников; на финальном этапе обработки книга, которую вы держите в руках, представлена как программа на

PostScript, держащая 57 000 строк.

Документ — это статическая программа, однако идея использования языка программирования как способа записи любой проблемы является весьма многообещающей. Много лет назад программисты мечтали о том, что компьютеры когда-нибудь смогут сами писать для себя программы, энечно же, эта мечта никогда не осуществится в полной мере, однако годня можно сказать, что машины нередко пишут программы за нас и иногда в таких областях, где совсем недавно это трудно было себе представить.

Наиболее распространенные программы, создающие программы, — это компиляторы, которые переводят программу с языка высокого уровня в машинный код. Однако нередко оказывается удобным переводить код программы сначала на один из широко известных языков высокого уровня. В предыдущем параграфе мы упоминали о том, что генератор синтаксического анализатора преобразует

определение грамматики языка в программу на С, которая и занимается синтаксическим разбором языка. Язык С достаточно часто используется подобным образом -в качестве "языка ассемблера высокого уровня". Modula-З и C++ относятся к тем языкам общего назначения, для которых первые компиляторы создавали код на С, обрабатывавшийся затем уже стандартным компилятором. У такого подхода есть ряд преимуществ — одним из главных является эффективность, поскольку получается, что в принципе программа может выполняться так же быстро, как и программы на С. Еще один плюс — переносимость: такие компиляторы могут быть перенесены на любую систему, имеющую компилятор С. Подобный подход сильно помог этим языкам на ранних стадиях их внедрения.

В качестве еще одного примера возьмем графический интерфейс Visual Basic. Он генерирует набор операторов присваивания Visual Basic для инициализации объектов. Этот набор пользователь выбирает из меню и располагает на экране с по'мощью мыши. Во множестве других языков есть "визуальная" среда разработки и "мастера" (wizard), которые синтезируют код пользовательского интерфейса по щелчку мыши.

Несмотря на мощь программ-генераторов и на большое количество примеров их удачного применения, этот подход еще не признан так широко, как он того заслуживает, и нечасто используется программистами. Однако существует уйма простых возможностей программного создания кода, и вы вполне можете использовать их преимущества. Ниже приведены несколько примеров генерации кода на С или C++.

Операционная система Plan 9 генерирует сообщения об ошибках по заголовочному файлу, содержащему программные имена ошибок и комментарии к ним; эти комментарии механически конвертируются в строки, заключенные в кавычки, они помещаются в массив, который может быть индексирован перечислимым значением. В приведенном ниже фрагменте показана структура такого заголовочного файла:

/* errors.h: стандартные сообщения об ошибках еnum {

Eperm, /* Доступ запрещен */ Eio, /* Ошибка ввода/вывода */ Efile, /* Файл не существует */ Emem, /* Переполнение памяти */ Espace, /* Нет места для файла */ Egreg /* Гришина ошибка */ };

Имея такой фрагмент на входе, несложная программа сможет произнес* и следующий набор деклараций для сообщений об ошибках:

/* machine-generated; do not edit. */

char *errs[] = {

"Доступ запрещен", /* Eperm */

"Ошибка ввода/вывода", /* Eio */ "Файл не существует",

/*

Efile */ "Переполнение памяти", /* Emem */ "Нет места для файла", /* Espace */ "Гришина ошибка", /* Egreg */

};

У такого подхода есть несколько достоинств. Во-первых, соотношение лежду значениями enum и строками, которые они представляют, получается самодокументированным, и его нетрудно сделать независимым от роднoro языка пользователя. Во-вторых, информация хранится только в однтом месте, в одном "истинном месте", из которого генерируется весь эстальной код, так что и всё обновление информации выполняется лишь в одном месте. В случае, когда таких мест несколько, после ряда обновлений они неизбежно начнут друг другу противоречить. И наконец, нетрудно сделать так, чтобы файлы программ на С создавались заново и перекомпилировались при каждом изменении заголовочного файла. Когда потребуется изменить сообщение об ошибке, все, что надо будет сделать, — это изменить заголовочный файл и компилировать таким способом операционную систему, и тогда сообщения автоматически обновятся.

Программа-генератор может быть написана на любом языке. Особенно просто это сделать на языке, специально предназначенном для обработки строк, таком как Perl:

# enum.pl: генерирует строки сообщений no enurn + комментарии

print "/* machine-generated; do not edit. */\n\n"; print "char *errs[] = {\n";

while (<>) I

# удалить перевод строки if (/~\s*(E[a-zO-9]+),?/)

{ » первое слово - Е. . . $name = $1; * сохранить имя s/ *\\* *//; УДалить до /*

s/ *\*///; удалить

print "\t\"$_\", /'•* $name */\n"; } } print "};\n";

Опять в дело пошли регулярные выражения. Выбираются строки, у которых первое поле выглядит как идентификатор, после которого стоит запятая. Первая замена удаляет все символы до первого непустого символа строки комментария, а вторая — символы конца комментария и все предшествующие им пробелы.

Среди прочих способов для тестирования компилятора Энди Кёниг (Andy Koenig) разработал метод написания кода C++, позволяющий проверить, нашел ли компилятор ошибки в программе. Фрагменты кода, которые должны вызвать реакцию компилятора, снабжаются специальными комментариями, в которых описываются ожидаемые сообщения. Каждая строка такого комментария начинается с /// (чтобы их можно было отличить от обычных комментариев) и регулярного выражения, которое должно соответствовать диагностике компилятора, выдаваемой для этой строки. Таким образом, например, следующие два фрагмента кода должны вызвать реакцию компилятора:

int f() {}

///warning.* non-void function .* should return a value void g() {return 1;}

///error.* void function may not return a value

Если мы пропустим второй тест через компилятор C++, то он напечатает ожидаемое сообщение, вполне соответствующее регулярному выражению:

% СС х.с

"х.с", line 1: error(321): void function may not return a value

Каждый такой фрагмент кода пропускается через компилятор, и вывод сравнивается

спрогнозируемой диагностикой, этим процессом управляет схемная оболочка и программа на Awk. Сбоем считается ситуация, гда вывод компилятора не совпадает

сожидаемым. Поскольку комментарии представлены регулярными выражениями, у них получается которая свобода в оценке вывода: ее можно делать более или менее эогой к отклонениям в зависимости от надобности.

Идея использования семантических комментариев не нова. Такие комментарии используются в языке PostScript, где они начинаются с символа %. Комментарии, начинающиеся с %%, могут содержать дополнительную информацию о номерах страниц, окаймляющем прямоугольнике ounding Box), именах шрифтов и т. п.:

%%PageBoundingBox:

126 307 492 768 %%Pages: 14 %%DocumentFonts:

Helvetica Times-Italic Times-Roman LucidaSans-Typewriter

В языке Java комментарии, которые начинаются с /** и заканчиваются */, пользуются для создания документации для следующего за ними опи-НЕИЯ класса. Глобальным вариантом самодокументации кода является к называемое грамотное программирование (literate programming), и котором программа и ее документация интегрируются в один документ, и при одной обработке документ готовится для чтения, а при другой программа готовится к компиляции.

Во всех рассмотренных выше примерах важно отметить роль нотации, смерения языков и использования инструментов. Их комбиниро-ние усиливает и подчеркивает мощь отдельных компонентов.

Упражнение 9-15

В программировании давно известна забавная задачка: написать про-шму, которая при выполнении точно воспроизводила бы саму себя — в виде исходного кода. Это такой гипертрофированный случай программы, пишущей программу. Попробуйте выполнить это — на своем любимом языке.

Использование макросов для генерации кода

Опустившись на пару уровней, можно говорить о макросах, которые шут код во время компиляции. На протяжении всей книги мы предостегали вас от использования макросов и условной компиляции, по-зльку этот стиль программирования вызывает множество проблем, щако же они все равно существуют, и иногда текстуальная подстановка — это именно то, что нужно для решения данной проблемы. Один из таких примеров - использование препроцессора C/C++ для компоновки программы с большим количеством повторяющихся частей.

Например, программа из главы 7, оценивающая скорость конструкций простейшего языка, использует препроцессор С для компоновки тестов, составляя из них последовательность стереотипных кодов. Суть теста — заключить фрагмент кода в цикл, который запускает таймер, выполняет этот фрагмент много раз, останавливает