Книга: Программист-прагматик. Путь от подмастерья к мастеру

12 Языки, отражающие специфику предметной области

12

Языки, отражающие специфику предметной области

Языки программирования влияют на то, как вы думаете о проблеме, и на то, как вы думаете об общении. В каждом языке имеются свои особенности – ученые словечки типа «статический и динамический контроль типов», «раннее и позднее связывание», «модели наследования» (простое, множественное или отсутствие) – все они могут предложить определенные решения или затруднить их. Решение, создаваемое в стиле Lisp, отличается от решения, основанного на мышлении приверженца языка С, и наоборот. Верно и обратное (и по нашему мнению, более важное) – язык, отражающий специфику данной области, может, со своей стороны, предложить решение в области программирования.

Мы всегда пытаемся написать программу, используя словарь, характерный для прикладной области (см. «Ловушка требований», где предлагается использовать проектный глоссарий). В ряде случаев можно перейти на следующий уровень и действительно программировать, пользуясь словарем, синтаксисом и семантикой предметной области.

Пользователи предложенной системы должны быть в состоянии точно изложить, как она должна работать:

Если ваши пользователи располагают набором подобных четких инструкций, то вы можете изобрести мини-язык, скорректированный в соответствии с прикладной областью и выражающий именно то, что им нужно:

From X25LINE1 (Format=ABC123) {

  Put TELSTAR1 (Format=XYZ43B);

  Store DB;

}

Этот язык не должен быть исполняемым. В своем исходном виде он мог бы просто фиксировать требования пользователя – спецификации. Однако вы наверняка посчитали возможным пойти дальше и фактически реализовать язык. Ваша спецификация превратилась в исполняемую программу.

После того как вы написали приложение, пользователи предъявляют вам новое требование: сообщения с отрицательным балансом не должны сохраняться и должны отсылаться обратно по каналам связи Х.25 в первоначальном формате:

From X25LINE1 (Format=ABC123) {

  if (ABC123.balance «0) {

    Put X25L1NE1 (Format=ABC123);

  }

  else {

    Put TELSTAR1 (format=XYZ43B);

    Store DB;

  }

 }

Несложно? При наличии надлежащей поддержки вы можете программировать значительно ближе к прикладной области. Мы не предлагаем, чтобы ваши конечные пользователи программировали на этих языках. Вместо этого вы даете самому себе инструмент, который позволяет вам работать ближе к их области.

Мы полагаем, что вам следует рассмотреть способы перемещения вашего объекта ближе к предметной области проблемы – будь то простейший язык для конфигурирования и управления прикладной программой или же более сложный язык для обозначения правил или процедур. При составлении программы на более высоком уровне абстракции вам легко сосредоточиться на решении проблем предметной области и вы можете проигнорировать мелкие детали, связанные с реализацией.

Помните, что с приложением работают многие пользователи. Существует конечный пользователь, который понимает правила предметной области и то, что должно быть на выходе программы. Есть также вторичные пользователи: обслуживающий персонал, менеджеры, занимающиеся конфигурированием и тестированием, программисты служб поддержки и сопровождения и будущие поколения разработчиков. У каждого из этих пользователей есть собственная предметная область, и для всех них вы можете генерировать мини-среды и языки.

Если вы работаете в определенной предметной области, то можете осуществить и проверку правильности данных, характерных для нее, сообщая о проблемах языком, понятным вашим пользователям. Рассмотрим программу коммутации каналов, приведенную выше. Предположим, что пользователь неправильно обозначил наименование формата:

From X25LINE1 (Format=AB123)

Если подобное происходит в универсальном языке программирования, то выдается стандартное сообщение об ошибке:

Syntax error: undeclared identifier

Используя мини-язык, вместо этого можно создать сообщение об ошибке, используя словарь предметной области:

«АВ123» is not a format. Known formats are ABC123, XYZ43B, PDQB, and 42.

В самом простейшем варианте мини-язык может реализовываться в строчно-ориентированном, легко анализируемом формате. Практически мы используем эту форму больше, чем любую другую. Ее просто проанализировать при помощи инструкций switch или используя регулярные выражения в языках сценариев типа Perl. Ответ к упражнению 5 (Приложение В) показывает простую реализацию мини-языка на языке С.

Вы можете реализовать и более сложный язык с более формальным синтаксисом. Хитрость состоит в том, чтобы вначале определить синтаксис, используя систему обозначений, подобную нормальной форме Бэкуса-Наура [12]. Как только вы определили грамматику, ее обычно легко преобразовать во входной синтаксис для генератора. Программисты, работающие с языками С и С++, давно используют уасс (или его бесплатную версию bison [URL 27]). Подробное описание этих программ приводится в книге «Lex and Yacc» [LMB92]. Программисты, работающие с языком Java, могут поработать с программой javaCC, которая находится на сайте [URL 26]. В ответе к упражнению 7 (Приложение В) дана программа грамматического разбора, написанная с помощью bison. Пример показывает, что как только вы изучите синтаксис, написание мини-языков не представит сложности.

Существует другой способ реализации мини-языка: расширить существующий. Например, можно интегрировать функциональные возможности на уровне приложения при помощи Python [URL 9] и написать нечто вроде [13]:

record = X25UNE1.get(format=ABC123)

if (record.balanc<0):

  X25UNE1.put(record, format=ABC123)

else:

  TELSTR1.put(record, format=XYZ43B)

  DB.store(record)

Реализуемые вами языки могут использоваться двумя различными способами.

Языки управления данными создают некую форму структуры данных, используемой приложением. Эти языки часто используются для представления конфигурации.

Например, программа sendmail применяется во всем мире для маршрутизации электронной почты в сети Интернет. Она обладает многими достоинствами и преимуществами, которые управляются огромным файлом конфигурации, написанном на собственном языке конфигурирования программы sendmail:

Очевидно, удобочитаемость не является сильной стороной sendmail.

Уже давно фирма Microsoft использует язык данных, который может описывать меню, реквизиты окон, диалоговые окна и другие ресурсы Windows. На рис. 2.2 показан фрагмент типичного файла ресурсов. Он читается намного легче, чем пример с программой sendmail, но используется точно так же – компилируется для генерации структуры данных.

Рис. 2.2. Файл .rc для Windows 

Процедурные языки идут дальше. В этом случае язык является исполняемым и поэтому может содержать инструкции, конструкции управления и т. п. (подобные сценарию на с. 50).

Вы также можете использовать собственные процедурные языки, чтобы облегчить сопровождение программы. Например, вас просят интегрировать информацию из унаследованного приложения в новую разработку графического интерфейса. Обычно это осуществляется при помощи «экранного кармана»; ваше приложение связывается с основным (mainframe) приложением так, как если бы это обычный пользователь-человек, генерируя нажатия клавиш и «считывая» принимаемые отклики. Вы можете создать сценарий взаимодействия при помощи мини-языка [14].

locate prompt «SSN:"

type «%s» social_security_number

type enter

waitfor keyboardunlock

if text_at(10,14) is «INVALID SSN» return bad_ssn

if text_at(10,14) is «DUPLICATE SSN» return dup_ssn

# etc…

Когда приложение определяет, что пора вводить номер SSN, то по этому сценарию оно вызывает интерпретатор, который затем управляет транзакцией. Если интерпретатор встроен в приложение, то они даже могут совместно использовать данные (например, при помощи механизма обратного вызова).

В этом случае вы программируете в предметной области программиста сопровождения. Когда изменяется основное приложение и поля смещаются, программист может просто обновить высокоуровневое описание, вместо того чтобы копаться в подробностях программы на языке С.

Чтобы приносить пользу, мини-язык не должен использоваться приложением напрямую. Можно многократно использовать язык спецификации для создания искусственных объектов (включая метаданные), которые компилируются, считываются или используются самой программой иным образом (см. «Метапрограммирование»).

Например, в разделе «Обработка текста» описывается система, в которой мы использовали Perl, чтобы генерировать большое количество выводов из первоначальной спецификации схемы. Мы изобрели общий язык, чтобы представить схему базы данных, и затем сгенерировали все его формы, которые нам необходимы, – SQL, С, интернет-страницы, XML и др. Приложение не использовало спецификацию напрямую, но оно полагалось на выходные данные, полученные из нее.

Обычной практикой является встраивание процедурных языков высокого уровня непосредственно в ваше приложение, так, чтобы они исполнялись, когда исполняется ваша программа. Очевидно, что это мощное средство; можно изменять поведение приложения, варьируя сценарии, которые оно считывает, причем все это

Мы рассмотрели несколько различных грамматик – от простых строчно-ориентированных форматов до более сложных, которые выглядят как реальные языки. Если для реализации требуются дополнительные усилия, тогда зачем выбирать более сложную грамматику?

Компромиссом являются расширяемость и сопровождение. В то время как программа грамматического разбора «реального» языка может быть более сложной в написании, для пользователя она будет намного понятнее, и ее будет легче расширить за счет добавления новых средств и функциональных возможностей. Слишком простые языки могут быть легкими для грамматического разбора, но они могут быть зашифрованными – подобно примеру с программой sendmail (см. «Языки управления данными и процедурные языки»).

Учитывая, что срок службы большинства прикладных программ превышает ожидаемый, вам лучше примириться с суровой действительностью и принять заранее более сложный и удобочитаемый язык. Усилия, затраченные вначале, многократно окупятся за счет снижения затрат на поддержку и сопровождение.

• Метапрограммирование

• Можно ли выразить некоторые из требований проекта, над которым вы работаете в настоящее время, на языке, отражающем специфику предметной области? Возможно ли написать компилятор или транслятор, который мог бы сгенерировать большую часть требуемой программы?

• Если вы решили принять мини-язык как способ программирования, близкий к предметной области, вы принимаете и то, что для их реализации потребуются некоторые усилия. Как выдумаете, есть ли способы, при которых «скелет», разработанный для одного проекта, может многократно использоваться в других?

5. Требуется реализовать мини-язык управления простым графическим пакетом (возможно, с графикой в относительных командах). Язык состоит из однобуквенных команд. После некоторых команд указывается число. Например, следующий фрагмент изображает на экране прямоугольник. (Ответ см. в Приложении В.)

Р 2 # select pen 2

D # pen down

W 2 # draw west 2cm

N 1 # then north 1

E 2 # then east 2

S 1 # then back south

U # pen up

Составьте программу, которая анализирует этот язык. Она должна быть разработана так, чтобы операция добавления новых команд была несложной.

6. Спроектируйте грамматику BNF (нормальной формы Бэкуса-Наура), чтобы провести грамматический разбор спецификаций времени. Все указанные примеры должны быть успешно проанализированы. (Ответ см. в Приложении В.)

4pm, 7:38pm, 23:42, 3:16, 3:16am

7. Реализуйте программу грамматического разбора для грамматики нормальной формы Бэкуса-Наура в упражнении 6, используя программы уасс, bison или аналогичный генератор грамматического разбора. (Ответ см. в Приложении В.)

8. Реализуйте программу грамматического разбора времени, используя Perl. (Подсказка: регулярные выражения позволяют написать хорошие программы грамматического разбора.) (Ответ см. в Приложении В.)

Оглавление книги