基于引用的元编程（Metaprogramming with Quotations）

基于引用的元编程（Metaprogramming with Quotations）

在第六章，我们使用过引用（quotations），它们是被引用的 F# 代码段，引用运算符指示编译器生成表示代码的数据结构，而不是表示代码的中间语言（IL）。即，生成了表示代码的数据结构，而不是可执行代码，这样，就可以很方便地用它做你想做的事情。可以解释，执行一些动作，也可以编译成另一种语言，或者，干脆忽略它。例如，可以引用一段代码，把它编译成另一种运行时，如Java 虚拟机（JVM），或者，如第九章中的LINQ 示例一样，把它转换成 SQL，在数据库中运行。

在下面的例子中，我们将用 F# 写一个基于整数算术表达式的解析器，这对于学习如何基于堆栈进行计算是有用的。在这里，语言已经设计好了，它就是 F # 中可用的语法，所要做的就是这个算术表达式 <@ (2 * (2 - 1)) / 2 @>。就是说，无论什么时候，遇到不是整数，或不是运算符的语法时，就报错。引用是基于差别联合类型的，当使用引用时，必须通过 F# 的模式匹配和活动模式，查询接收到的表达式。例如，这里查询表达式，是通过活动模式和一个 when 子句来看它是否是整数，如果是，就压栈：

|Value
(x,ty)when ty = typeof<int>->
let i = x :?>int
printfn"Push %i" i
operandsStack.Push(x :?> int)

如果不是整数，则继续检查看它是否是其他类型。也有几个参数化的活动模式会会很有用，例如，SpecificCall 接收引用作为参数，它是一个函数表达式，它可以用来查询这个引用是否匹配对这个函数的调用。可以用它来检查对一个去处符的调用是否完成，例如，这个示例检查对加法的调用是否完成：

|SpecificCall <@
(+) @>
(_,_, [l;r])
->interpretInner l

interpretInner r

preformOp (+)
"Add"

清单12-5 是完整的代码。

清单12-5 基于栈的 F# 引用算术表达式的评估

open System.Collections.Generic
open Microsoft.FSharp.Quotations
open Microsoft.FSharp.Quotations.Patterns
open Microsoft.FSharp.Quotations.DerivedPatterns

let interpret exp =
letoperandsStack = new Stack<int>()
letpreformOp f name =
let x,y = operandsStack.Pop(), operandsStack.Pop()
printfn "%s %i, %i" name x y
letresult = f x y
operandsStack.Push(result)
let recinterpretInner exp =
matchexp with
| SpecificCall
<@(*) @>
(_,_, [l;r])
->interpretInner l
interpretInner r
preformOp
(*)
"Mult"
| SpecificCall
<@(+) @>
(_,_, [l;r])
->interpretInner l
interpretInner r
preformOp
(+)
"Add"
| SpecificCall
<@(-) @>
(_,_, [l;r])
->interpretInner r
interpretInner l
preformOp
(-)
"Sub"
| SpecificCall
<@(/) @>
(_,_, [l;r])
->interpretInner r
interpretInner l
preformOp(/)
"Div"
| Value
(x,ty) when ty =typeof<int>->
let i = x :?> int
printfn
"Push: %i" i
operandsStack.Push(x :?> int)
| _
->failwith "not a valid op"
interpretInner exp
printfn "Result: %i"
(operandsStack.Pop())

interpret <@(2
*
(2 -
1)) /
2 @>

运行结果如下：

Push: 2
Push: 2
Push: 1
Sub 1, 2
Multi 1, 2
Push: 2
Div 2, 2
Result: 1

[
按照原文中的程序，运行结果应为 -1。
栈是先进后出的。
对于除法与减法，顺序是不能颠倒的，即必须是除数（减数）先入栈，也就是 r 称入栈。
当然，实际上，都应该是 r 先入栈。
]

在使用引用时，我们总是用 F# 语法，它有好处，也有不足。好处是，可以产生功能强大的库，并且和 F# 代码可以很好地集成，不必要再创建解析器；不足在于，产生适合最终用户使用的工具很困难。然而，使用或转换 F# 引用的库仍然可以用在其他.NET 语言中，因为，F# 库包括了函数和示例，可以在 F# 引用和其他常用的元编程格式之间转换，比如LINQ 引用。引用的更有意义的应用，比如小语言，可参见Microsoft Solver Foundation 上的 F# DSL，http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/hh145003.aspx（由于变动太快，原文地址好像不能用了 http://code.msdn.microsoft.com/solverfoundation），也可以看我博客上的讨论 http://strangelights.com/blog/archive/2008/09/21/1628.aspx。

到此，我们就结束了有关 DSL 的讨论，本章的其余部分，将深入探讨有关语言解析器和编译器的实现。