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Metalang99

力的黑暗面是通往许多能力的途径，有些人认为是不自然的。
- 达斯·西迪斯（Darth Sidious）

基于examples/demo.c ：

编译时列表操纵
 // 3, 3, 3, 3, 3
static int five_threes [] = {
    ML99_LIST_EVAL_COMMA_SEP ( ML99_listReplicate ( v ( 5 ), v ( 3 ))),
};

// 5, 4, 3, 2, 1
static int from_5_to_1 [] = {
    ML99_LIST_EVAL_COMMA_SEP ( ML99_listReverse ( ML99_list ( v ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 )))),
};

// 9, 2, 5
static int lesser_than_10 [] = {
    ML99_LIST_EVAL_COMMA_SEP (
        ML99_listFilter ( ML99_appl ( v ( ML99_greater ), v ( 10 )), ML99_list ( v ( 9 , 2 , 11 , 13 , 5 )))),
};
宏递归
 #define factorial ( n )          ML99_natMatch(n, v(factorial_))
#define factorial_Z_IMPL (...) v(1)
#define factorial_S_IMPL ( n )   ML99_mul(ML99_inc(v(n)), factorial(v(n)))

ML99_ASSERT_EQ ( factorial ( v ( 4 )), v ( 24 ));
多个参数过载
 typedef struct {
    double width , height ;
} Rect ;

#define Rect_new (...) ML99_OVERLOAD(Rect_new_, __VA_ARGS__)
#define Rect_new_1 ( x )                                                                              
    { x, x }
#define Rect_new_2 ( x , y )                                                                           
    { x, y }

static Rect _7x8 = Rect_new ( 7 , 8 ), _10x10 = Rect_new ( 10 );

// ... and more!

int main ( void ) {
    // Yeah. All is done at compile time.
}

（提示： v(something)评估something 。）

Metalang99是在纯C99中编写可靠且可维护的元图的坚定基础。它被实现为预处理宏的解释性FP语言：Just #include <metalang99.h> ，您已经准备好了。 Metalang99具有代数数据类型，模式匹配，递归，咖喱和集合；此外，它提供了用于编译时间错误报告和调试的手段。借助我们内置的语法检查器，宏错误应该是完全可理解的，使您可以方便地开发。

当前，MetalAng99在OpenIPC上用作Datatype99和Interface99的间接依赖性；这包括RTSP 1.0实现以及〜50K的私有代码行。

动机

宏可促进代码重复使用，宏是使您塑造语言以适合解决问题的建筑材料，从而导致更加干净和简洁的代码。但是，C中的元编程被完全cast割：我们甚至无法使用控制流，整数，无界序列和复合数据结构进行操作，从而从范围中抛出了许多假设有用的元图。

为了解决问题，我实施了Metalang99。具有我们可以使用的功能，甚至有可能开发相当不平凡的元图，例如datatype99： 

 #include <datatype99.h>

datatype (
    BinaryTree ,
    ( Leaf , int ),
    ( Node , BinaryTree * , int , BinaryTree * )
);

int sum ( const BinaryTree * tree ) {
    match ( * tree ) {
        of ( Leaf , x ) return * x ;
        of ( Node , lhs , x , rhs ) return sum ( * lhs ) + * x + sum ( * rhs );
    }

    return -1 ;
}

或接口99： 

 #include <interface99.h>

#include <stdio.h>

#define Shape_IFACE                      
    vfunc( int, perim, const VSelf)      
    vfunc(void, scale, VSelf, int factor)

interface ( Shape );

typedef struct {
    int a , b ;
} Rectangle ;

int  Rectangle_perim ( const VSelf ) { /* ... */ }
void Rectangle_scale ( VSelf , int factor ) { /* ... */ }

impl ( Shape , Rectangle );

typedef struct {
    int a , b , c ;
} Triangle ;

int  Triangle_perim ( const VSelf ) { /* ... */ }
void Triangle_scale ( VSelf , int factor ) { /* ... */ }

impl ( Shape , Triangle );

void test ( Shape shape ) {
    printf ( "perim = %dn" , VCALL ( shape , perim ));
    VCALL ( shape , scale , 5 );
    printf ( "perim = %dn" , VCALL ( shape , perim ));
}

与模糊的技术（例如标记的工会或虚拟方法表）不同，上述元图可利用类型安全性，语法简洁性，并保持生成代码的确切内存布局。

看起来很有趣吗？查看励志帖子以获取更多信息。

入门

Metalang99只是一组标头文件，别无其他。要将其用作依赖性，您需要：

  1. 添加metalang99/include目录。
  2. 指定-ftrack-macro-expansion=0 （gcc）或-fmacro-backtrace-limit=1 （clang），以避免无用的宏扩展错误。

如果使用cmake，则建议的方法是FetchContent ： 

 include (FetchContent)

FetchContent_Declare(
    metalang99
    URL https://github.com/hirrolot/metalang99/archive/refs/tags/v1.2.3.tar.gz # v1.2.3
)

FetchContent_MakeAvailable(metalang99)

target_link_libraries (MyProject metalang99)

# Disable full macro expansion backtraces for Metalang99.
if (CMAKE_C_COMPILER_ID STREQUAL "Clang" )
  target_compile_options (MyProject PRIVATE -fmacro-backtrace-limit=1)
elseif (CMAKE_C_COMPILER_ID STREQUAL "GNU" )
  target_compile_options (MyProject PRIVATE -ftrack-macro-expansion=0)
endif ()

可选的是，您可以预编译依赖MetalAng99的标题。这将减少汇编时间，因为每次包含标题时都不会编译标题。

教程|示例|用户文档

快乐黑客！

亮点

  • 宏递归。递归电话的行为如预期。特别是，为了实施递归，提升/预处理器仅将所有递归功能复制到一定限制，并将其力量跟踪递归深度或依靠其内置扣除。作为口译员，Metalang99没有此类缺点。

  • 几乎相同的语法。与PP顺序相比，Metalang99看起来不太陌生，因为语法与通常的预处理器代码无关。

  • 部分申请。 MetalAng99的部分应用程序无需在这里和那里跟踪辅助参数（如在Boost/Preadotersor中完成），可以首先应用常数值来捕获环境。除此之外，部分应用还有助于更好地重用元功能。请参阅ML99_const ， ML99_compose等。

  • 调试和错误报告。您可以使用ML99_abort方便地调试宏，并通过ML99_fatal报告无法恢复的错误。口译员将立即停止并实现困难。据我们所知，没有其他宏观框架为调试和错误报告提供了这种机制。

哲学和起源

我在Poica上的工作是在BOOST/PEDORACERSOR上实施的研究计划语言，使我对结果不满意。 Boost/预处理器的基本局限性使代码库完全无法实现。其中包括递归宏通话（被预处理器阻止），这使调试一场噩梦，缺乏部分应用程序，使上下文完全尴尬，以及导致编译器错误消息的兆字节。

只有那时，我已经理解，我们不应该真正建立一个清晰的范式来构造元图的清晰范式。考虑到这些想法，我开始实施Metalang99 ...

长话短说，释放v0.1.0的艰苦努力花费了一半的努力，并使其稳定了近一年。作为MetalAng99的真实应用程序，我完全以相同的形式创建了DataType99：实现是高度声明性的，语法很漂亮，语义是明确的。

最后，我想说的是，Metalang99仅与语法转换有关，而不是关于CPU结合的任务。预处理器太慢且有限，无法进行这种虐待。

指南

  • 如果可能的话，请使用ML99_assertIsTuple ， ML99_assertIsNat等主张宏参数，以进行良好的形式，以提供更好的诊断消息。
  • 在Metalang99兼容的宏中，而不是ML99_cat或其朋友，更喜欢##令牌运算符，因为尽管如此，争论仍会得到充分扩展。
  • 使用ML99_todo及其朋友指示未完成功能。

出版物

  • 纯C中的枚举非常可打印
  • 实际上，C预处理器的重点是什么？
  • 类固醇上的宏，或：纯C如何受益于元图
  • 扩展您的语言，不要改变它

贡献

参见CONTRIBUTING.md 。

建筑学

请参阅ARCHITECTURE.md 。

成语

参见idioms.md 。

优化提示

请参阅optimization_tips.md 。

常问问题

问：编译时错误呢？

答：Metalang99是迈向可理解的编译器诊断的重要一步。它具有内置的语法检查器，该检查器测试所有传入术语的有效性：

[ playground.c ] 

 ML99_EVAL ( 123 )
ML99_EVAL ( x , y , z )
ML99_EVAL ( v ( Billie ) v ( Jean ))

[ /bin/sh ] 

 $ gcc playground.c -Imetalang99/include -ftrack-macro-expansion=0
playground.c:3:1: error: static assertion failed: "invalid term `123`"
    3 | ML99_EVAL(123)
      | ^~~~~~~~~
playground.c:4:1: error: static assertion failed: "invalid term `x`"
    4 | ML99_EVAL(x, y, z)
      | ^~~~~~~~~
playground.c:5:1: error: static assertion failed: "invalid term `(0v, Billie) (0v, Jean)`, did you miss a comma?"
    5 | ML99_EVAL(v(Billie) v(Jean))
      | ^~~~~~~~~

Metalang99甚至可以检查是否有宏观前提并报告错误：

[ playground.c ] 

 ML99_EVAL ( ML99_listHead ( ML99_nil ()))
ML99_EVAL ( ML99_unwrapLeft ( ML99_right ( v ( 123 ))))
ML99_EVAL ( ML99_div ( v ( 18 ), v ( 4 )))

[ /bin/sh ] 

 $ gcc playground.c -Imetalang99/include -ftrack-macro-expansion=0
playground.c:3:1: error: static assertion failed: "ML99_listHead: expected a non-empty list"
    3 | ML99_EVAL(ML99_listHead(ML99_nil()))
      | ^~~~~~~~~
playground.c:4:1: error: static assertion failed: "ML99_unwrapLeft: expected ML99_left but found ML99_right"
    4 | ML99_EVAL(ML99_unwrapLeft(ML99_right(v(123))))
      | ^~~~~~~~~
playground.c:5:1: error: static assertion failed: "ML99_div: 18 is not divisible by 4"
    5 | ML99_EVAL(ML99_div(v(18), v(4)))
      | ^~~~~~~~~

但是，如果您做一些尴尬的事情，编译时错误可能会变得非常晦涩： 

 // ML99_PRIV_REC_NEXT_ML99_PRIV_IF_0 blah(ML99_PRIV_SYNTAX_CHECKER_EMIT_ERROR, ML99_PRIV_TERM_MATCH) ((~, ~, ~) blah, ML99_PRIV_EVAL_)(ML99_PRIV_REC_STOP, (~), 0fspace, (, ), ((0end, ~), ~), ~, ~ blah)(0)()
ML99_EVAL ((~, ~, ~) blah )

无论哪种情况，您都可以尝试迭代地调试您的元图。根据我的经验，有95％的错误是可理解的 - Metalang99是为人类而不是用于宏观怪物的。

问：调试呢？

答：请参阅“测试，调试和错误报告”一章。

问：IDE支持呢？

答：我使用VS代码进行开发。它可以实现宏观生成构造的弹出建议，但当然，它不支持宏观语法突出显示。

问：汇编时间？

答：要运行基准，请从根目录中执行./scripts/bench.sh 。

问：它如何工作？

一个：

  1. 由于禁止宏观递归，因此有一个临时递归引擎，该发动机通过推迟宏观扩展和在此处的延伸而起作用。
  2. 在它上，通过延续的样式解释器将语言表达式减少为最终结果。
  3. 标准库不过是使用核心金属语言实施的一组元功能，即应由解释器评估它们。

问：为什么不第三方代码生成器？

答：请参阅博客文章“实际上，C预处理器的重点是什么？”

问：Turing-Complete吗？

答：C/C ++预处理器能够仅迭代一定限制。对于MetalAng99，该限制是根据减排步骤定义的：一旦固定数量的减少步骤耗尽，您的元数据将无法再执行。

问：如果我们有模板，为什么要宏？

答：Metalang99主要针对纯C，C缺少模板。但是无论如何，您可以在BOOST/Preprocessor的网站上找到C ++的论点。

问：合并的标头在哪里？

答：由于更新的负担，我反对合并的标题。取而代之的是，您只需添加Metalang99作为GIT subsodule，然后使用git submodule update --remote进行更新。

问：支持哪些标准？

答：C99/C ++ 11及以后。

问：测试了哪些编译器？

答：已知Metalang99可以在这些编译器上使用：

  • 海湾合作委员会
  • 铛
  • MSVC
  • TCC
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