元编程总结

编程领域总有些概念，听起来玄乎，实则很实际。元编程（Metaprogramming）就是其中之一。简单来说，它指的是编写能够操作其他程序（或自身）的代码，或者在运行时完成本应在编译期完成的工作。在很多场景下，它的效率远超手工编写全部代码。这种编写元程序的语言被称为“元语言”，而被操作的对象语言则是“目标语言”。当一门语言能同时作为自身的元语言时，这种能力被称作“反射”。

再往深了说，它的核心思想是把业务逻辑与实现代码解耦。你只需要用XML这类描述性语言来定义业务之间的映射关系，就能完成编程，无需再手写具体的实现代码。

1. 元编程的历史

这个概念最早可以追溯到1994年，由一位名叫Erwin Unruh的程序员无意中发现。当时，C++标准委员会在圣迭戈开会，Erwin展示了一段极为特别的代码。它的特别之处在于，程序的功能不是在运行时，而是在编译期就完成了——编译器通过报错信息，把从2到某个数之间的所有质数都列了出来。同年夏天，受此启发，Todd Veldhuizen发现可以用C++模板来实现元编程，并发表了一份技术报告。从此，这扇大门被正式推开。

2. 元类型与元数据

理解这两个概念，可以这样看：类型的类型（泛型？），以及数据的数据（即元数据，比如注解/属性）。

3. 元编程的实现方式

3.1. 代码生成

很多时候，“元编程”其实就是“代码生成”的另一种说法。你可以给它一小段代码，让它返回一个可执行的程序，或者一个可被识别、重写的解析树。

最典型的例子就是编译器，它将高级语言“翻译”成汇编或机器语言。更灵活的做法是在程序中嵌入一个解释器，让它直接处理程序数据。比如，为Object Pascal打造的RemObject's Pascal Script就是这类实现。

3.2. lex和yacc分析器

另一个非常经典的例子是lex和yacc，它们专门用来生成词法分析器和语法分析器。Yacc通常被看作“编译器的编译器”，它本身就是一个工具，用来生成另一个能把高级语言转换成机器语言的工具。

这么看来，所谓的模板元编程，本质上就是把编译器当作一个更高层次的解释器和运行时环境。模板编程属于产生式编程（比如泛型编程）的范畴。

3.3. 泛型编程

3.4. 注解

注解在元编程中扮演着核心角色。它的思路是，通过注解告诉工具如何生成新代码、转换代码，或者决定运行时的行为。以Ja va Persistence API（JPA）为例，这是Ja va 1.5引入的功能，允许开发者用声明式的方式（比如@Entity）来指定Ja va对象和数据库表之间的关系。之后，像Hibernate这类工具就能利用这些注解，在运行时自动生成映射文件和SQL查询。

3.5. 解释型框架

Openbiz框架就是一个典型例子，它本质上是一个“解释型”框架，扮演着“编译器”的角色。当其他开发环境都在追求让开发人员少写代码时，它的设计者提出了一个更激进的思路：干脆别让他们写代码了，直接用简洁的XML语言来描述映射关系，就能完成编程。

3.6. 对象工厂概念：一个会写程序的程序

每次提到这个概念，都让人有些兴奋，仿佛离智能化编程又近了一步。这个理念最早出现在.NET的“自省”（这个翻译挺有意思）概念中——由主程序动态创建出一个独立的子程序，动态编译，再按需装载和销毁。当时这种思路确实让人眼前一亮，但此后就很少再被提及。

后来，在分析Openbiz的底层源码时，我惊讶地发现它在PHP中实现了“对象工厂”这一理念。它的思路可以这样理解：以数据对象为例，基于XML的元数据文件就像发给“工厂”的装配单，上面详细描述了如何“组装”这个对象，以及它与数据库、与其他对象的映射关系（比如一对多的ORM）。

对象工厂接到指令后，会按照描述创建并组装对象，然后将对象体和状态序列化后缓存起来，以备下次调用，从而优化性能。只要元数据配置文件不变，对象就只需要动态生产一次，之后便可以无限次复用。

3.7. AOP

3.8. 数据对象触发器与可配置的插入式服务

举个例子，邮件和信息的触发逻辑肯定不应该写在UI层，因为无论订单是从哪个入口被创建的，都需要触发发送邮件的动作。这个逻辑应该被耦合在数据对象上——只要有订单生成，就触发相应逻辑。

而发邮件、发信息这类可重用的逻辑，可以被定义为pluginService。比如在发邮件的Service中，收件人、标题、内容应该是API的参数；而发邮件的账户、SMTP服务器信息，在整个系统中通常变化不大，应该作为元数据接口；至于如何与服务器连接来发送邮件，则是具体被重用的对象逻辑。这种设计的精妙之处值得深入探讨。

4. 应用场景

基于这种编程逻辑，可以很优雅地解决常见的修改和扩展问题。比如，客户经常在项目验收时提出修改底层数据字段的需求：“您看联系人管理这个模块，能不能再加个‘生日’和‘喜好’字段？要不然这尾款恐怕……”

怎么办？改吧。增删读写（CRUD）、列取（List）、搜索（Search），一个都不能少，全都要改。谁改？当然是你，因为代码是你写的。

但Openbiz的元数据方式就不一样了。现在，你只需要修改一个数据描述文件，对象工厂检测到元数据变化后，会自动重新生成对象以及所有相关的映射调用（ORM）。

当你面对的是一个业务耦合性极其复杂的系统时，你会发现上层对象“你中有我，我中有你”，堆叠式的调用关系复杂到令人头疼。比如，在文档修改记录的视图中，也调用了联系人的字段。你能保证一个不差地修改遍与这个数据结构相关的每一个角落吗？这几乎不是人力所能为。但对象工厂可以，因为它本身就是按需生成的。

5. 参考

元编程_百度百科
元编程_互动百科
Ja va 8的类型注解：工具和机会
源于ja va编程思想的Openbiz框架实现PHP的元数据编程