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可扩展编程(Extensible programming)是計算機科學的詞語,是指程式設計的風格會著重在可以擴展程式語言、編譯器、运行时系统的相關機制。可延伸程式語言(Extensible programming languages)是可以支援這種程式設計方式的程式語言,在1960年代曾是熱門研究主題,而此運動在1970年代就已邊緣化[1],在21世紀時此一主題又受到關注[2]。
第一篇和可扩展编程運動有關的論文[1][3]是道格拉斯·麥克羅伊在1960撰寫,有關高階程式語言巨集的論文[4]。另一個早期對可擴展原則的說明,出現在Brooker和Morris所著,有關編譯器編譯程式(compiler-compiler)的論文[5]。此運動中有二個具代表性,分別在1969年及1971年舉行的學術座談會,是此運動發展最熱的時期[6][7]。Thomas A. Standish在1975年發表對此運動的調查文章,在本質上屬於事後的剖析[1]。Forth算是此一運動的例外,不過也沒有被人注意到。
可延伸程式語言會包括提供基礎計算功能的基礎語言(base language),以及可以修改基礎語言的元語言。程式會包括元語言所進行的修改,以及以修改後基礎語言所撰寫的程式碼。
在此波潮流中,最著名的語言擴展技術就是巨集定義。語法修改也和可扩展编程運動有密切的關係,最終發展成適應型文法形式主义。Lisp程式語言的群體仍和可扩展程式語言群體分開,其原因顯然如下:
任何程式語言,只要程式碼和資料在本質上可以互換,就可以視為是可延伸程式語言...由Lisp已長久當作可延伸程式語言來使用,就可以輕易的看出此一事實。[8]
在1969的研討會中,認為Simula是可延伸程式語言。
Standish描述了三類不同的語言延伸,稱為paraphrase、orthophrase和metaphrase。(paraphrase和metaphrase原來是翻譯上的術語)。
Standish認為當時可扩展编程的失敗是因為若程式有數層的扩展,在撰寫時會格外困難。程式設計師可以在基礎語言上加上第一層的巨集。若要在此語言上加上第二層的扩展,後續的程式設計者需要熟悉基礎語言,以及第一層的扩展。若要加上第三層的扩展,程式設計者需要熟悉基礎語言、第一層扩展以及第二層扩展。取代可扩展编程運動的抽象化,其本意就是讓程式設計者 不用接觸低階的細節。
Standish雖然在1975年時將Simula歸類為可扩展程式語言,但其研究似乎沒有將比較新的,以抽象化為基礎技術算在可扩展程式語言內(只是其中對可扩展的定義,使用了非常寬的定義,抽象化在技術上是在該定義範圍內)。1978年有一份文獻提到程式抽象化的歷史,說明從電腦發明以來的相關演進,其中沒有提到巨集,也沒有提及可扩展编程運動[9]。一直到1980年代末期,才試驗性的將巨集列在抽象化運動中(可能是因為衛生巨集的出現),其名稱為「句法抽象化」(syntactic abstraction)[10]。
現代支援可扩展编程的系統需要提供以下的所有功能[來源請求]。
這是指所編輯的來源程式語言不能是封閉、固定、靜態不能變化的。要支援在來源程式語言加入新關鍵字、新概念或是結構的功能。有些程式語言可以用使用者定義語法加入組成元素,例如Coq[11]、Racket、Camlp4、OpenC++、Seed7[12]、 Red、Rebol及Felix。可延伸的語法可以接受一些基礎以及固有的程式語言特性是不變的,但系統不可能只依賴這些程式語言的功能,需可以加入新的程式語言功能。
在可延伸程式設計中的編譯器,不是一個將程式原始碼轉換為二進制可執行輸出的单层系统。編譯器本身也要是可延伸的,編譯器在實質上是許多插件的組合,這些插件可以將原始程式語言的輸入轉換為任何想要的輸出。例如,可延伸的編譯器可以支援產生目的碼、程式文件、重新調整格式的原始碼,或是其他想要的輸出。編譯器的架構需允許使用者進入其編譯流程內,在編譯流程的各步驟可以提供其他的處理任務。
若考慮將原始程碼翻譯成電腦可以執行檔案的這個任務,可延伸編譯器需要有:
可延伸程式系統在執行時的環境要允許程式語言增加可處理的運算。例如,某個使用字节码直譯器的系統,需要允許定義新的字节码。在可延伸語法下,可以接受少數基礎運算或是固有運算是不能變的,不過這些固有運算要可以重載或是擴充,以便支援新增的行為。
可延伸程式系統需將程式視為要處理的資料。程式中需要完全沒有格式化相關的資訊。要給使用者的程式 視覺顯示以及編輯都應該是可延伸編譯器所支持的翻譯函式,將程式資料轉換成適合顯示或是編輯的格式。此翻譯會是雙向的翻譯。雙向翻譯的特性很重要,因為需要可以用許多不同的方式,輕鬆的處理可延伸程式。若只能用來源語言來編輯及檢視,然後就翻譯成機械碼,無法再翻譯成其他的格式,這是無法接受的。透過將來源輸入和其處理(格式、儲存、顯示及編輯)的格式分離,可以對程式進行各種不同的處理。
可延伸程式系統需要可以用原始來源語言來進行除錯,即使是程式在變成可執行檔的過程有進行轉換或是延伸也是一樣。最為人知的是:不可以假設運行時資料只能用結構或是陣列的方式顯示。除錯器(更準確的說法是「程式檢查器」)需要讓運行時資料以適合其來源語言的形式來呈現。例如,若程式語言支援业务过程或是工作流的資料結構,需要將資料結構用插件表示為流程圖或是其他適合的型式。
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