关于完全听不懂 Ruby 元编程在说什么的事(零)

元 (meta-) 是什么?

很难用一个中文的词汇来概括英文中 meta- 词缀的含义。如果我们去找这个词缀词语的翻译的话,也很难找到究竟是什么时候,开始将这一类词翻译成「元XX」的。但我们可以看到的是,这一类词通常都很难翻译,比如说 physics 物理,metaphysics 形而上学;morphological 形态的 metamorphosis 质变。

对于这个词,我认为有个非常有趣的英语翻译,是捷克小说家卡夫卡的著名小说《Die Verwandlung》(变形记)的英语翻译《The Metamorphosis》。因为德语 Verwandlung 本身更接近于 change, transformation 的意思,而 metamorphosis 更突出了变化的彻底性,更体现了主人公格里高尔变成跳蚤之后个人、家人、社会对他的全面变化。

meta- 这个词缀更类似于关于 x 的 x 的这么一种感觉。比如 metaphysics 在讨论的是事物原理本身的原理,metamorphosis 讨论的是变化导致的根本变化。meta- 这个词缀源于希腊语前缀 μετά,意思是 “之后”、“之外”、“之上”、“之间”。中国大陆一般将这个词缀的词翻译成「元」,而台湾地区通常翻译成「後設」或「超」。

在讨论元编程之前,我们不如先讨论一下,元概念是如何被用于其它创作性工作的,这样我们可以更好理解元编程,以及如何将元编程用于编程工作之中。

将元用于文学性创作

塞万提斯的《堂吉诃德》通常被认为是最早的元小说之一。故事发生在已经没有骑士的年代,主角堂吉诃德幻想自己是一个骑士。这种在小说作品中创作的形式就可以被认为是元小说。更严格的元小说通常是故事中的作家创造另一个故事或故事中的读者阅读一本书,比如《苏菲的世界》。

现代和后现代时期的元小说产生的一大特点是,故事主角对自己是故事的一部分这样的概念具有意识。这一类作品的特点也很大影响了其它类型作品,包括元电影和元游戏。

可交互性更是使得这种自我意识觉醒题材的元创作有了更多的创作型。比如著名独立游戏《史丹利的寓言》(The Stanley Parable) 就以玩家与旁白之间的听从与对抗作为手段,试图讨论游戏本质和玩家自我意识的概念。

将元用于理学性创作

如果说当你将元用于文学性创作时,你是有意识地进行着元创作;当你将元用于理学性/科学性的创作的时候,你通常是无意识的。就好像相声中的传统段子《捧逗争哏》,就可以称之为元相声,只不过是没有人这么叫而已。

大学数学中有一门有关形式语言的课程叫范畴论。其实就是用抽象的方法来处理数学概念也可以称之为元数学。在计算机科学中,元概念的应用其实极其普遍,以至于我们其实在日常开发中无数次使用过。

当我们现在有一个 HTTP 服务器,用户访问服务器通常都会返回一个网页。但我们有时需要返回的是一个给用户下载的文件,在这种情况下,浏览器需要不同的方式来处理这是个网页还是文件。最常见的就是我们会通过 HTTP/1.1 的 Headers 中的 Content-Type 来定义浏览器应该如何处理收到的数据。而这些 Headers 定义了数据本身,作为一种描述数据的数据,我们就可以称之为元数据。

当你设计了一门编程语言,你需要为它实现一个编译器。而编译器的一开始,你需要做一个语法分析器 (parser)。由于一门编程语言的语法通常非常复杂,手动定义其中的关系有时不那么方便,于是很多时候我们会有类似于 yacc 之类的编译器编译程序 (compiler-compiler) 来生成。通常这样的程序会允许输入一个巴科斯范式 (BNF) 作为语法定义,而巴科斯范式本身就可以被认为是一种元编程,你在通过编程实现编程。

Ruby 元编程

我们通常把 Ruby 元编程单独拿出来说是因为 Ruby 可以通过编程修改 Ruby 语言自己。事实上,有这种能力的不止 Ruby 本身。且不论 Lisp 的各类方言,当年 C++ 模板元编程技术就够大家喝一大壶。如果说 Ruby 元编程被 Rubyist 经常单独出来说的原因是,我们可以通过元编程,不仅仅是给语言「增加」能力,或者是在 Ruby 上开发一个「DSL」,更多的是依靠 Ruby 本身丰富的语法糖设计,带来更好的编程范式和灵活性。

但 Ruby 元编程并非是一个有益而无害的东西,错误地使用元编程会给代码可读性和程序性能带来灾难性的后果。这一系列的文章将通过介绍 Ruby 元编程来达成以下目的:

  • 介绍 Ruby 元编程方法
  • 介绍 Ruby 元编程陷阱
  • 介绍 Ruby 元编程原理
  • 相关方法在 YARV 中实现的变化
  • 认为 Ruby 不再是魔法
  • 能找到使用元编程技巧的正确场合
  • 比较 Ruby 和其他语言的元编程实现

写这些文章之前我反复读了《Ruby 元编程》和《Ruby 原理剖析》这两本书,结合我自己 Ruby 开发的经验和实例,在这系列文章中,将会由浅入深地从方法介绍深入到实现细节,更系统地就元编程问题进行讨论。

本系列文章采取月更,连载长度约为十二个月,每个月的内容大约 1500-3000 字之间。

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