Управляемая кодогенерация Денис С. Мигинский

Основные режимы работы среды исполнения Lisp Интерпретация – основной режим Компиляция Исполнение скомпилированного кода

Компиляция ;режим интерпретации (defn ;режим компиляции test-fn [n] test-fn)) ;режим интерпретации (defn ;режим компиляции -main [& args] (println (test-fn))) ;режим интерпретации (вероятно, ;компиляция и запуск) (println (test-fn))

Запуск ;интерпретация кода ; ;переход в режим исполнения ;скомпилированного кода ;при вызове main (apply main args)

Код как данные (let ;построение кода в форме структуры ;данных: [code (list inc 1)] ;>>(inc 1) ;принудительная интерпретация кода: (eval code)) ;>> 2

quote – обратная операция по отношению к eval ;блокировка исполнения выражения (quote (inc 1)) ;--//-- (прямая кавычка/апостроф) '(inc 1) ;обращение операции quote (eval '(inc 1)) >>2

Вызов компилятора во время исполнения (defn foo [] ;определение символа во время исполнения (eval '(defn bar [] bar")) ;вызов определенного символа (eval '(println (bar)))) ;ошибка компиляции (defn foo [] (eval '(defn bar [] bar")) (println (bar))) ;ошибка исполнения (defn foo [] (eval '(println (bar))) (eval '(defn bar [] bar")))

Задача (def naturals (lazy-seq (cons 1 (map inc naturals)))) ;определить lazy-cons так что ;следующее определение было бы ;эквивалентно предыдущему (def naturals (lazy-cons 1 (map inc naturals)))

Попытка 1 ;определение скомпилируется (defn lazy-cons [val coll] (lazy-seq (cons val coll))) ;ошибка компиляции (def naturals (lazy-cons 1 (map inc naturals)))

Попытка 2 ;определение скомпилируется (defn lazy-cons [val coll-code] (list 'lazy-seq (list 'cons val coll-code))) ;скомпилируется, ;но приходится вызывать eval (def naturals (eval (lazy-cons 1 '(map inc naturals))))

Попытка 3, последняя ;определение скомпилируется (defmacro lazy-cons [val coll] (list 'lazy-seq (list 'cons val coll))) ;определение скомпилируется (def naturals (lazy-cons 1 (map inc naturals)))

Модель исполнения макроса 1.Сам макрос исполняется на стадии компиляции 2.Параметры в макрос передаются без вычисления 3.Результат исполнения макроса – код, который компилируется и во время исполнения будет выполнен в контексте, откуда макрос вызывается 4.Результат вызова макроса – исполнение кода, скомпилированного макросом Побочный эффект: макрос не видит контекста времени исполнения, т.е. не может использовать динамических данных для генерации кода

Пример : спец. форма cond ;исходный текст clojure/core ;стандартной библиотеки Clojure (defmacro cond [& clauses] (when clauses (list 'if (first clauses) (if (next clauses) (second clauses) (throw (IllegalArgumentException. "cond requires an even number of forms"))) (cons 'clojure.core/cond (next (next clauses))))))

macroexpand ;отладка макроса (macroexpand '(cond (< a 0) "negative" (> a 0) "positive" :default "zero")) >> (if (< a 0) "negative" (clojure.core/cond (> a 0) "positive" :default "zero"))

Quote/Syntax-quote ;прямая кавычка(quote): исполнение ;блокируется, имена не разрешаются '(inc 1) >>(inc 1) ;обратная кавычка (syntax-quote): ;исполнение блокируется, имена ;разрешаются на стадии компиляции `(inc 1) >>(clojure.core/inc 1) `(undefined-sym 1) >>(user/undefined-sym 1)

Unquote ;переменная n не вычислена, eval для ;внутреннего (inc …) не сработает (let [n 1] '(inc n)) >> (inc n) ;--//-- (let [n 1] `(inc n)) >> (clojure.core/inc user/n) ;переменная вычислена, eval сработает (let [n 1] `(inc ~n)) >> (clojure.core/inc 1) (let [n 1] (eval `(inc ~n))) >> 2

Splicing unquote (defmacro my-when [test & forms] `(if ~test (do (println (macroexpand '(my-when (> n 0) (println "positive") (println "smth. else")))) >> (if (> n 0) (do (println "positive") (println "smth. else"))) (let [n 1] (my-when (> n 0) (println positive) (println smth. else)))

Определение символов в макросах ;поломанное определение time ;из стандартной библиотеки Clojure (defmacro my-time [expr] `(let [start (. System (nanoTime)) ret ~expr] (prn (str "Elapsed time: " (/ (double (- (. System (nanoTime)) start)) ) "msecs")) ret)) >> Can't let qualified name: ru.nsu.fit.dt.mc/start

Определение my-time, попытка 2 (defmacro my-time [expr] `(let [~'start (. System (nanoTime)) ~'ret ~expr] (prn (str "Elapsed time: " (/ (double (- (. System (nanoTime)) ~'start)) ) "msecs")) ~'ret)) (let [n 5] (my-time (println n))) >> 5 "Elapsed time: msecs"

Проблема с определением my- time (let [start 5] (my-time (println start))) >> "Elapsed time: msecs"

Правильное определение time ;правильное определение time ;исходный текст clojure/core ;стандартной библиотеки Clojure (defmacro time [expr] `(let [start# (. System (nanoTime)) ret# ~expr] (prn (str "Elapsed time: " (/ (double (- (. System (nanoTime)) start#)) ) "msecs")) ret#))

Генерация символов в макросах ;символ с квалификацией пространства ;имен, не может использоваться в let `start >> user/start ;может использоваться в let ;но возможны пересечения с символами ;из контекста вызова макроса 'start >> start ;вероятность пересечения минимальна >> start# start__1322__auto__

Задача : инфиксная арифметика Необходимо реализовать поддержку инфиксных операций. Набор операций должен быть расширяем.

Анализ задачи Поддержка инфиксной арифметики должна разрешаться локально, в противном случае некоторые конструкции Clojure могут не сработать (например, (map - arr) По той же причине необходимо иметь возможность локально отменять действие инфиксной арифметики. Из требование расширяемости следует, что алгоритм должен быть универсальным. Алгоритму некоторым внешним образом можно задавать набор операций с приоритетами. Для простоты предполагаем что все операции левоассоциативные.

Использование ;;префиксная форма по умолчанию (+ 1 (with-infix-ops ;;включаем инфиксную форму (a * b + c * 2 + (with-prefix-ops ;;отключаем инфиксную форму (+ x y)))

Определение операций (def standard-ops [{'+ '+, '- '-} {'* '*, '/ '/}, {'** 'Math/pow}])

Определение макроса (defn- infix-form-process [all-ops form] …) (defmacro with-infix-ops [& forms] `(do (partial infix-form-process standard-ops) forms)))

Преобразование формы (defn- infix-form-process [all-ops form] (cond (vector? form) (mapv (partial infix-form-process all-ops) form) ;;missed the same for maps and sets (list? form) (infix-list-process all-ops all-ops form) :default form))

Преобразование списка (defn- infix-list-process [all-ops current-ops list-form] (let [[ops & rest-ops] current-ops] (cond (= (first list-form) 'with-prefix-ops) (cons 'do (rest list-form)) (not (empty? ops)) ;;most important skipped here, ;;see next slide :default (map (partial infix-form-process all-ops) list-form))))

Преобразование операций ;;remember about left-associative (let [[inv-tail-form [op & inv-head-form]] (split-with (comp not (partial contains? ops)) (reverse list-form)) head-form (reverse inv-head-form) tail-form (reverse inv-tail-form)] …

Преобразование операций ;;remember about left-associative (let [op … head-form … tail-form …] (if (nil? op) (recur all-ops rest-ops tail-form) (list (ops op) (if (== 1 (count head-form)) (infix-form-process all-ops (first head-form)) (infix-list-process all-ops current-ops head-form)) (if (== 1 (count tail-form)) (infix-form-process all-ops (first tail-form)) (infix-list-process all-ops rest-ops tail-form)))))

Побочный эффект ;;It works! Why? (let [x 42.] (println (with-infix-ops (Math/sin x ** 2 + Math/cos x ** 2)))) >> 1.0