• 神奇的Scala Macro之旅(一)- 什么时候用宏


    在Lisp语言中,macro是一个神器,可以“动态的生成代码”,然后被执行,这种方式给到Lisp无限的表达能力。除Lisp之外,很少有语言支持Macro这个特性,我记得 GWT之中曾经有一个类似的Generator的概念,可以在编译期间提供一定的代码生成能力(GWT Project),很多GWT的高级特性都是通过这个语言特性而得以实现的,譬如:

    • UiBinder 可以实现申明式的 UI 开发。

    • ImageBundle 简单的实现很多图片的聚合,从而减少round-trip,提高网页装载速度。

    Scala自2.10开始尝试支持macro编程,2.11基本步入”成熟“阶段,2.12中基本稳定,不过,在最新的路线图中,Scala之父,Martin再次表现了将在未来的scala版本(Dotty)中重新设计macro,采用基于scalameta的一套编译器“中立”的元信息模型,试图让macro变得更简单、容易。因此,尝试 macro,目前仍然具有很大的风险性,或许随着scala语言的未来版本,现有的macro也需要重新迁移、实现。

    What is Macro?

    简而言之,macro就是让你的代码具备有生成代码的能力,最简单的macro可以算上 C/C++ 的 ##define, 最早的 C 程序员就广泛的使用 define 来生成代码。(严格意义上,C的define并不算是 macro)

    Why using Macro?

    程序员喜欢写有挑战的代码,而肯定不喜欢 Copy & Paster,或者甚至连Copy Paste都算不上的重复性代码,一个很简单的例子,就是Java程序员都最熟悉的如下代码:

    public class User {	
     private String name;
     private int age;
     public String getName(){ return this.name;}
     public void setName(String name){ this.name = name;}
     public int getAge(){ return this.age; }
     public void setAge(int age){ this.age = age; }
     public String toString(){ return "name:" + name + "/age:" + age;}  public int hashCode(){ return name.hashCode ^ age;}
     public boolean equalus(Object other){ return ......} }

    这段代码是非常有Java风格的一段代码,每一个Java程序员都很熟悉,这据说是一种设计模式,叫做”JavaBeans”, 这个模式有很多的延续:

    • 基本上每个IDE,都会有一个工具来帮你自动的生成 getter, setter, toString, hashCode等工具

    • 有一个 Lombok 的开源项目,帮你来生成这些代码。

    • scala 经常用 case class User(name:String, age: Int)来鄙视Java

    • Kotlin 经常用 data class User(val name: String, val age: Int)来鄙视Java

    这是一个很好的案列:

    • 这段代码的“干货”很少,用一段为代码data class User(val name: String, val age: Int就可以表述清楚的东西,我们却需要啰啰嗦嗦的写一大段代码。没有程序员喜欢这种差事,除非,老板真的是按代码行数付工资的。

    • Lombok可以让你编写很少的代码,他来负责生成剩下的代码。

    • Eclipse/JetBrains,可以让你写少量的代码,他来负责生成剩下的代码。

    • Scala/Kotlin这两个编译器,可以让你写少量的代码,他来负责生成剩下的代码。

    当我们只需要写最为”核心“的那一步代码,而剩下的代码,完全可以按照一个模式去自动生成时,我们的工作效率就大幅度提升了,而言,Less is more,更少的代码就意味着更快速的代码阅读、评审,更少的BUG,这一切,都会带给程序员更大的幸福感。

    实际上,还有一种方式,也可能是最好的方式,就是利用macro,来帮你生成代码。当然,要这门语言,支持macro。从目前的情况来看,支持macro的语言还是非常有限的。scala作为学术派的代表,很有幸可以提供macro的能力。

    When to using Macro?

    记得在一本Clojure的书中说过什么时候可以使用Macro?

    • 如果你可以使用普通的函数实现,不要用macro

    • 如果你可以用其他方式实现,不要用macro

    • 实在找不到办法,尝试一下macro。

    其实所有的一切,都是在于Macro的复杂性。如果说Clojure代码有如天书,那么,去生成天书的macro代码,就更是天书中的天书了。 这个放到Scala中,只会变得更为复杂,原因无二:Scala有一个非常复杂的类型体系,而Macro中你需要和这个无比复杂的类型体系打交道。所以,如果你对Scala的了解程度还不够深入的话,Macro也会是无从下手的。不过,这也是一个不错的试金石,如果你想说你对scala的了解程度很好的话,那么不妨挑战一下Macro。这绝对是一个既复杂,但又超级强大的工具。Macro的强大,有的时候,是无敌的,这些特性,只能在Macro中完成,你没有更好的被的办法。

    How can Macros Do?

    在本篇文章中,我不准备介绍 How to writing Macro?这个我会尝试在后续的文章中介绍,我会先介绍使用 macro,我们可以做些什么?

    • 更有效的日志性能。我们经常告诫,不要让日志影响性能:

    if(logger.isDebugEnabled)
    	logger.debug("message is heavy in business: ");

    为什么不能够直接用如下的代码来替代呢?logger.debug(message),既满足性能的需求,又简洁呢? Macro Can

    • 编译时期进行更好的语法检查。

    "d+".r.test("1234")复杂的正则表达式,往往需要复杂的调试工作,如果编译器能帮助我检查语法错误,相信可以让代码开发变得更为简单。其实,除了正则表达式,我们还可以检查原代码中的日期常量、时间常量等,当然,如果在做一下优化,自动的将复杂的字符串常量预编译为构造值,可能还会获得更好的性能。Macro Can

    • 是否可以在编译时,对我们的SQL语句,自动的进行语法检查?更好的,链接到一个数据库,进行预处理检查,看看是否有错误的表名、字段名拼写?是否有语法性的错误?早期的4gl语言,就有这个特性,还是很实用的。

      Macro Can
    • 为我们的数据对象(Case ClassData Class)自动生成 toJSON, toXML, toProtobuf, toThrift等工具方法。反射是一种方式,所以有fast-son, fast-xml等框架?有没有可能有比fast-jsonfast-xml更加fast的方式呢?

      有的,Macro Can
    • 还能干什么?更为一般的,如果你要实现功能抽象成最小化的一个Core,然后你告诉一个程序员,如何实现剩下的功能,例如,如何编写gettersettertoString方法,让他来帮你实现代码。那么,你可以用 Macro 来直接完成,不再需要一个程序员的工作。这个也算是 AI 的一个近似值了把。

      Macro can write code for You

    结合Scala的implicit,macro有很强大的功能,我会结合我的开源框架 scala-sql 应用的 macro 特性,给你继续Scala的神奇Macro之旅。

    参考:

    神奇的Scala Macro之旅(二)- 一个实例

    转自:神奇的Scala Macro之旅

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