Искусство программирования для Unix

В данной главе рассматриваются все виды мини-языков, обычно поддерживаемых в Unix. Кроме того, ниже определяются ситуации, в которых каждый из них представляет эффективное конструктивное решение. При этом данная глава не является исчерпывающим каталогом Unix-языков, а скорее направлена на выявления принципов конструирования, задействованных в структурировании приложений вокруг мини-языка. Универсальные языки программирования более подробно рассматриваются в главе 14.

Начать следует с небольшой классификации, которая поможет лучше понять дальнейший материал.

8.1. Классификация языков

Все языки, представленные на рис. 8.1, описываются в учебных примерах этой или других глав данной книги. Описание универсальных интерпретаторов, показанных в правой части схемы, приведено в главе 14.

В главе 5 рассматривались Unix-соглашения для файлов данных. В них имеется определенный спектр сложности. На самом низком уровне находятся файлы, в которых создаются простые ассоциации между именами и свойствами, хорошими примерами таких форматов являются файлы /etc/passwd и .newsrc. Далее представлены форматы, которые осуществляют маршалинг или сериализацию структур данных. Одинаково хорошими примерами в данном случае являются форматы PNG и SNG.

Структурированные форматы файлов данных начинаются на границе мини-языков, когда они выражают не только структуру, но и действия, выполняемые в некоторой интерпретирующей среде (т.е. памяти за пределами самого файла данных). XML-разметка стремится "перешагнуть" эту границу. Примером такого мини-языка, представленным в данной главе, является Glade, генератор кода для создания GUI-интерфейсов. Форматы, которые одновременно разработаны для чтения и записи человеком (скорее человеком, чем программами) и используются для генерации кода, прочно укрепились в области мини-языков. Классическими примерами являются утилиты yacc и lex. Программы glade, yacc и lex описываются в главе 9.

Макропроцессор Unix, m4 представляет собой другой очень простой декларативный мини-язык (т.е. язык, в котором программа выражается как набор желаемых связей или ограничений, а не как явные действия). Он часто используется в качестве препроцессора для других мини-языков.

Рис. 8.1. Классификация языков

make-файлы Unix, предназначенные для автоматизации процесса сборки, выражают зависимости между исходными и производными файлами [77] , а также команды, необходимые для создания каждого производного файла из его исходного кода. При выполнении команда make использует данные объявления для обхода предполагаемого дерева зависимостей, выполняя наименьшую необходимую работу для обновления сборки. Подобно спецификациям yacc и lex, make-файлы являются декларативным мини-языком. Они устанавливают ограничения, которые предполагают действия, выполняемые в интерпретирующей среде (в данном случае в той части файловой системы, где расположены исходные и сгенерированные файлы), make-файлы дополнительно рассматриваются в главе 15.

77

Для менее технически подготовленных читателей: скомпилированная форма C-программы производится из ее исходного C-кода путем компиляции и связывания. PostScript-версия troffрументов troff-документа является производной от исходного troff-кода; чтобы осуществить это преобразование используется команда troff. Существует множество других видов производных. Почти все они могут быть выражены с помощью make-файлов.

Язык XSLT, который используется для описания трансформаций XML-файлов, соответствует верхнему уровню сложности декларативных мини-языков. Он довольно сложен для того, чтобы рассматривать его как мини-язык, однако разделяет некоторые важные характеристики таких языков, которые подробнее рассматриваются ниже при изучении XSLT.

Спектр мини-языков простирается от декларативных (с неявными действиями) к императивным (с явными действиями). Синтаксис файла конфигурации программы fetchmail(1) можно рассматривать либо как очень слабый императивный язык, либо как декларативный язык с неявной управляющей логикой. Языки обработки текстов troff и PostScript являются императивными языками с большим количеством встроенной специальной информации о прикладной области.

Некоторые императивные мини-языки для решения специальных задач граничат с универсальными интерпретаторами. Они достигают данного уровня, когда явно являются языками Тьюринга, т.е. они могут выполнять условные операции и циклы (или рекурсию) [78] с функциями, которые предназначены для использования в качестве управляющих структур. В отличие от них, некоторые языки только отчасти являются языками Тьюринга. В них имеются функции, которые можно использовать для реализации управляющих структур как побочный эффект того, для чего они фактически предназначены.

78

Любой язык Тьюринга мог бы теоретически использоваться для универсального программирования и теоретически является в точности таким же мощным, как любой другой язык Тьюринга. На практике некоторые языки Тьюринга были бы слишком сложными для использования за пределами специфической или узкой предметной области.

Интерпретаторы bc(1) и dc(1), рассмотренные в главе 7, являются хорошими примерами специализированных императивных мини-языков, которые явно являются языками Тьюринга.

Такие языки, как Emacs Lisp и JavaScript, находятся в области универсальных интерпретаторов. Языки Emacs Lisp и JavaScript предназначены для использования в качестве полных языков программирования, работающих в специализированных средах. Более подробно они описываются ниже при рассмотрении встроенных языков сценариев.

Область интерпретаторов представляет собой область возрастающей неопределенности. Оборотной стороной этого является то, что более универсальный интерпретатор включает в себя меньше предположений о среде, в которой он работает. С возрастающей неопределенностью обычно приходит более развитая онтология типов данных. Shell и Tcl обладают сравнительно простой онтологией, a Perl, Python и Java — более сложной. Данные универсальные языки подробнее рассматриваются в главе 14.

8.2. Применение мини-языков

Разработка программ с помощью мини-языков затрагивает две отдельные проблемы. Одна из них заключается в том, чтобы уметь пользоваться имеющимися в инструментарии мини-языками и понимать, когда их можно применять такими, как они есть. Другая проблема — знать, когда целесообразно разрабатывать для приложения нестандартный мини-язык. Для того чтобы помочь читателю развить оба аспекта конструкторского мышления, почти половина данной главы состоит из учебных примеров.

8.2.1. Учебный пример: sng

В главе 6 рассматривалась утилита sng(1), преобразовывающая PNG-файл в редактируемую полностью текстовую форму. Формат файлов данных SNG заслуживает повторного рассмотрения здесь для контраста, поскольку он не вполне является узкоспециальным мини-языком. Он описывает расположение данных, но не связывает с ними какую-либо предполагаемую последовательность действий.

Однако SNG действительно имеет одну общую важную характеристику с узкоспециальными мини-языками, которую не поддерживают структурированные двоичные форматы данных, подобные PNG, — прозрачность. Структурированные файлы данных позволяют без использования мини-языка взаимодействовать средствам редактирования, преобразования и создания, которые не имеют информации о конструкторских "предположениях" друг друга. В случае SNG добавляется то, что данный формат как узкоспециальный мини-язык, предназначен для простого просмотра и редактирования с помощью универсальных средств.

8.2.2. Учебный пример: регулярные выражения

Одним из видов спецификации, который периодически появляется в инструментах Unix и языках сценариев, является регулярное выражение (regular expression, или regexp для краткости). Здесь регулярные выражения рассматриваются как декларативный мини-язык для описания текстовых шаблонов. Часто регулярные выражения встраиваются в другие мини-языки. Регулярные выражения настолько распространены, что их едва ли можно считать мини-языком, однако они заменяют то, что в противном случае представляло было собой огромные объемы кода, реализующего различные (и несовместимые) возможности поиска.