ماكرو صحي

في لغات البرمجة التي تعتمد على أنظمة ماكرو غير مُنظَّمة، قد تُخفى روابط المتغيرات الموجودة عن الماكرو بواسطة روابط متغيرات تُنشأ أثناء توسيعه. في لغة C ، يمكن توضيح هذه المشكلة من خلال المقطع البرمجي التالي:

#define INCI(i) { int a=0; ++i; } int main ( void ) { int a = 4 , b = 8 ; INCI ( a ); INCI ( b ); printf ( "a is now %d, b is now %d \n " , a , b ); return 0 ; }

ينتج عن تشغيل ما سبق من خلال معالج C المسبق ما يلي :

int main ( void ) { int a = 4 , b = 8 ; { int a = 0 ; ++ a ; }; { int a = 0 ; ++ b ; }; printf ( "a is now %d, b is now %d \n " , a , b ); return 0 ; }

يتم إخفاء المتغير aالمُعلن عنه في النطاق الرئيسي بواسطة المتغير الموجود في الماكرو، مما يُنشئ نطاقًا جديدًا . ونتيجةً لذلك، لا يتغير هذا المتغير أبدًا عند تنفيذ البرنامج، كما يُظهر ناتج البرنامج المُترجم.aa

أصبح a الآن 4، وأصبح b الآن 9

قد تتجاوز مشكلة النظافة مجرد ربط المتغيرات. لنأخذ مثالاً على ذلك ماكرو Common Lisp التالي:

( defmacro my-unless ( condition &body body ) ` ( if ( not , condition ) ( progn ,@ body )))

على الرغم من عدم وجود إشارات إلى متغيرات في هذا الماكرو، فإنه يفترض أن الرموز "if" و"not" و"progn" مرتبطة بتعريفاتها المعتادة في المكتبة القياسية. مع ذلك، إذا تم استخدام الماكرو المذكور أعلاه في الكود التالي:

( flet (( not ( x ) x )) ( my-unless t ( format t "لا يجب طباعة هذا!" )))

تم تغيير تعريف "لا" محلياً، وبالتالي توسع نطاق my-unlessالتغييرات.

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذا السلوك ممنوع في لغة Common Lisp، وفقًا للبند 11.1.2.1.2 من قيود حزمة COMMON-LISP للبرامج المتوافقة . ومع ذلك، من الممكن إعادة تعريف الدوال بالكامل. توفر بعض تطبيقات Common Lisp ميزة قفل الحزم لمنع المستخدم من تغيير التعريفات في الحزم عن طريق الخطأ.

بالطبع، يمكن أن تحدث المشكلة بالنسبة للوظائف المعرفة بواسطة البرنامج بطريقة مماثلة:

( defun user-defined-operator ( cond ) ( not cond ))( defmacro my-unless ( condition &body body ) ` ( if ( user-defined-operator , condition ) ( progn ,@ body )))؛ ... لاحقاً ...( flet (( user-defined-operator ( x ) x )) ( my-unless t ( format t "لا يجب طباعة هذا!" )))

يقوم موقع الاستخدام بإعادة تعريف user-defined-operatorسلوك الماكرو وبالتالي تغييره.

أبسط حل، إذا كانت هناك حاجة إلى تخزين مؤقت أثناء توسيع الماكرو، هو استخدام أسماء متغيرات غير عادية في الماكرو على أمل ألا يتم استخدام نفس الأسماء من قبل بقية البرنامج.

#define INCI(i) { int INCIa = 0; ++i; } int main ( void ) { int a = 4 , b = 8 ; INCI ( a ); INCI ( b ); printf ( "a is now %d, b is now %d \n " , a , b ); return 0 ; }

INCIaإلى حين إنشاء متغير باسم معين ، ينتج هذا الحل المخرجات الصحيحة:

أصبح a الآن 5، وأصبح b الآن 9

تم حل المشكلة للبرنامج الحالي، لكن هذا الحل غير موثوق. يجب على المبرمج الحفاظ على تزامن المتغيرات المستخدمة داخل الماكرو مع تلك المستخدمة في بقية البرنامج. تحديدًا، سيؤدي استخدام الماكرو INCIعلى متغير INCIaإلى فشل العملية بنفس الطريقة التي فشل بها الماكرو الأصلي على متغير آخر a.

في بعض لغات البرمجة، يُمكن إنشاء اسم متغير جديد، أو رمز، وربطه بموقع مؤقت. يضمن نظام معالجة اللغة عدم تعارض هذا الاسم مع أي اسم أو موقع آخر في بيئة التنفيذ. تقع مسؤولية اختيار استخدام هذه الميزة ضمن تعريف الماكرو على عاتق المبرمج. استُخدمت هذه الطريقة في لغة MacLisp ، حيث يُمكن استخدام دالة مُسماة gensymلإنشاء اسم رمز جديد. توجد دوال مُشابهة (عادةً ما تحمل نفس الاسم ) في العديد من اللغات الشبيهة بلغة Lisp، بما في ذلك معيار Common Lispgensym المُطبق على نطاق واسع ^{[ 4 ]} ولغة Elisp .

على الرغم من أن إنشاء الرموز يحل مشكلة تظليل المتغيرات، إلا أنه لا يحل مشكلة إعادة تعريف الدوال بشكل مباشر. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، gensymفإن إمكانيات الماكرو ووظائف المكتبة القياسية كافية لتضمين وحدات ماكرو صحية في لغة غير صحية. ^{[ 6 ]}

يشبه هذا التمويه من حيث أن اسمًا واحدًا يُستخدم في عدة توسيعات لنفس الماكرو. ولكن على عكس الاسم غير المألوف، يُستخدم رمز غير مُدرج في وقت القراءة (يُشار إليه بالرمز #:)، والذي يستحيل وجوده خارج الماكرو، على غرار gensym.

باستخدام حزم مثل تلك الموجودة في لغة Common Lisp، يستخدم الماكرو ببساطة رمزًا خاصًا من الحزمة التي تم تعريفه فيها. لن يظهر هذا الرمز عرضيًا في كود المستخدم. سيتعين على كود المستخدم الوصول إلى داخل الحزمة باستخدام ::رمز النقطتين الرأسيتين () لمنح نفسه الإذن باستخدام الرمز الخاص، على سبيل المثال cool-macros::secret-sym. عند هذه النقطة، تصبح مسألة النقص العرضي في نظافة الماكرو غير ذات صلة. علاوة على ذلك، يصنف معيار ANSI Common Lisp إعادة تعريف الدوال والمعاملات القياسية، سواء على مستوى النظام أو على المستوى المحلي، على أنها استدعاء لسلوك غير مُعرَّف . وبالتالي، يمكن تشخيص هذا الاستخدام من قِبل التطبيق على أنه خاطئ. وهكذا، يوفر نظام حزم Lisp حلاً عمليًا وكاملاً لمشكلة نظافة الماكرو، والتي يمكن اعتبارها مثالاً على تضارب الأسماء.

على سبيل المثال، في مثال إعادة تعريف الدالة المُعرَّفة في البرنامج ، my-unlessيمكن أن يوجد الماكرو في حزمة خاصة به، حيث user-defined-operatorيُمثِّل رمزًا خاصًا في تلك الحزمة. وبالتالي، سيكون الرمز user-defined-operatorالذي يظهر في كود المستخدم رمزًا مختلفًا، لا علاقة له بالرمز المستخدم في تعريف الماكرو my-unless.

في بعض اللغات، لا يشترط أن يتطابق توسيع الماكرو مع الكود النصي؛ فبدلاً من التوسيع إلى تعبير يحتوي على الرمز f، قد ينتج عن الماكرو توسيع يحتوي على الكائن الفعلي المشار إليه بواسطة الرمز f. وبالمثل، إذا احتاج الماكرو إلى استخدام متغيرات محلية أو كائنات مُعرَّفة في حزمة الماكرو، فيمكنه التوسيع إلى استدعاء كائن إغلاق تكون بيئته المعجمية المحيطة هي بيئة تعريف الماكرو.

قواعد بناء الجملة هي أداة متقدمة لمطابقة الأنماط ، تهدف إلى تسهيل كتابة وحدات الماكرو. مع ذلك، syntax-rulesفهي لا تستطيع وصف بعض أنواع وحدات الماكرو بإيجاز، كما أنها غير كافية للتعبير عن أنظمة ماكرو أخرى. وُصفت قواعد بناء الجملة في ملحق وثيقة R4RS، ولكن لم تكن إلزامية. لاحقًا، اعتمدتها R5RS كأداة ماكرو قياسية. إليك مثال على syntax-rulesماكرو يُبدّل قيمة متغيرين:

( تعريف-بناء-الصيغة تبديل! ( قواعد-بناء-الصيغة () (( _ a b ) ( دع (( مؤقت a )) ( تعيين! a b ) ( تعيين! b مؤقت )))))

نظراً لقصور syntax-rulesنظام الماكرو القائم كلياً على الصيغة، اعتمد معيار R6RS Scheme نظام الماكرو القائم على الصيغة. ^{[ 10 ]} على عكس ذلك syntax-rules، syntax-caseيحتوي هذا النظام على لغة مطابقة أنماط وآلية منخفضة المستوى لكتابة الماكرو. تسمح الأولى بكتابة الماكرو بشكل تصريحي، بينما تسمح الثانية بتنفيذ واجهات أمامية بديلة لكتابة الماكرو. مثال التبديل المذكور سابقاً مطابق تقريباً في هذا النظام syntax-caseلأن لغة مطابقة الأنماط متشابهة.

( define-syntax swap! ( lambda ( stx ) ( syntax-case stx () (( _ a b ) ( syntax ( let (( temp a )) ( set! a b ) ( set! b temp ))))))))

مع ذلك، syntax-caseتُعدّ هذه الطريقة أقوى من قواعد بناء الجملة. على سبيل المثال، syntax-caseيمكن للماكرو تحديد شروط جانبية لقواعد مطابقة الأنماط الخاصة بها عبر دوال Scheme اختيارية. بدلاً من ذلك، يمكن لكاتب الماكرو اختيار عدم استخدام واجهة مطابقة الأنماط ومعالجة بناء الجملة مباشرةً. باستخدام هذه datum->syntaxالدالة، يمكن لماكرو حالة بناء الجملة أيضًا التقاط المعرّفات عمدًا، مما يُخلّ بمعايير النظافة البرمجية.

تم اقتراح وتطبيق أنظمة ماكرو أخرى للغة Scheme. تُعدّ الإغلاقات التركيبية وإعادة التسمية الصريحة ^{[ 11 ]} نظامين بديلين للماكرو. كلا النظامين أدنى مستوى من قواعد التركيب، ويتركان مسؤولية تطبيق قواعد النظافة البرمجية لمُنشئ الماكرو. وهذا يختلف عن قواعد التركيب وحالة التركيب، اللذين يفرضان النظافة البرمجية تلقائيًا بشكل افتراضي. تُعرض هنا أمثلة التبديل المذكورة أعلاه باستخدام الإغلاق التركيبي وتطبيق إعادة التسمية الصريحة على التوالي.

;; الإغلاقات التركيبية ( تعريف-تركيب تبديل! ( محول-ماكرو-sc ( لامدا ( نموذج بيئة ) ( دع (( أ ( إغلاق-تركيب ( cadr نموذج ) بيئة )) ( ب ( إغلاق-تركيب ( caddr نموذج ) بيئة )))) ` ( دع (( مؤقت ، أ )) ( تعيين! ، أ ، ب ) ( تعيين! ، ب مؤقت ))))));; إعادة تسمية صريحة ( define-syntax swap! ( er-macro-transformer ( lambda ( form rename compare ) ( let (( a ( cadr form )) ( b ( caddr form )) ( temp ( rename 'temp ))) ` ( , ( rename 'let ) (( , temp , a )) ( , ( rename 'set! ) , a , b ) ( , ( rename 'set! ) , b , temp ))))))

• مخطط – قواعد بناء الجملة، وحالة بناء الجملة، والإغلاقات النحوية، وغيرها.
• Racket – وهو نوع من أنواع Scheme، كان نظام الماكرو الخاص به يعتمد في الأصل على حالة بناء الجملة، ولكنه الآن يحتوي على المزيد من الميزات.
• نيميرل ^{[ 12 ]}
• ديلان
• إكسير ^{[ 13 ]}
• نيم
• الصدأ
• هاكس
• Mary2 – أجسام ماكرو ذات نطاق محدد في لغة مشتقة من ALGOL 68 حوالي عام 1978
• جوليا ^{[ 14 ]}
• راكو – يدعم كلاً من وحدات الماكرو الصحية وغير الصحية ^{[ 15 ]}
• لين ^{[ 16 ]}