Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 10 от 14 марта 2006 года

«Создавать языки под каждый конкретный проект? Вздор!» — скажет вам любой специалист, хорошо знающий, как дорого обходится проектирование формальных языков с нуля. Действительно, при классической схеме разработки любого языка нужно написать много кода для распознавания исходных текстов на этом языке и их погружения в объектную модель, пригодную для дальнейших манипуляций. Кроме того, даже при условии, что эта работа проделана, возникает ряд вопросов.

Как отображать и редактировать программы на таком языке? Понятно, что в век высоких скоростей и мощных сред разработки ограничиться простым текстовым редактором a-la «Блокнот» уже не получится: представления о производительности труда разработчика ныне совсем не те, что в «далекие» 90-е годы XX века.

Какова стоимость внесения изменений в разработанный язык? Если для того, чтобы изменить какое-то понятие предметной области, нужно «перекроить» весь код распознавателя, выгода от использования такого подхода равна нулю.

И главное: предположим, объектная модель получена. Что делать дальше? Ведь модель еще нужно связать с языком реализации системы, что является отдельной головной болью.

Перечисленные выше вопросы давно волнуют как сообщество разработчиков, так и компании, занимающиеся выпуском средств разработки, поскольку сама по себе идея DSL очень заманчива. Тем не менее по ряду причин комплексное решение вышеуказанных проблем могло появиться лишь совсем недавно.

Речь идет о новом типе программного обеспечения — так называемых языковых инструментариях (language workbenches), которые являются полноценными средами разработки, специально заточенными под DSL. И хотя существуют пока лишь прототипы таких систем, совершенно непригодные для использования в реальных проектах, главные особенности языковых инструментариев можно наглядно продемонстрировать уже сейчас.

Из разработок в этой области хотелось бы упомянуть два перспективных проекта. Первым из них является Meta Programming System компании JetBrains. Система MPS ориентирована на совместное использование с фирменной IDE компании — средой разработки Java-приложений IntelliJ IDEA, которой автор уже восхищался в статье «Кодируй да радуйся» («КТ» #562). Другой проект, Software Factories, принадлежит перу софтверного гиганта Microsoft и выступает в качестве дополнения к недавно вышедшей Visual Studio 2005[Meta Programming System можно свободно скачать по адресу jetbrains.com/mps. Проект Software Factories в настоящий момент представляет собой набор инструментов DSL Tools, доступных для скачивания в составе SDK к Visual Studio 2005. Подробности можно узнать здесь: msdn.microsoft.com/vstudio/teamsystem/workshop/sf].

Ну что ж, покончив с продолжительным введением, перейдем к самому интересному: технологии разработки программ в окружении языковых инструментариев.

Грубо говоря, метапрограмма — это программа, формирующая в результате своей работы другую программу. Сложно? Тем не менее все это интуитивно понятно человеку, хоть раз занимавшемуся разработкой динамических серверных страниц. Действительно, для веб-дизайнера HTML является «программой для браузера», а для веб-разработчика тот же HTML выступает в роли данных, которые нужно сформировать в результате работы некоторого серверного кода.

Следует отметить важную особенность метапрограммирования: любая метапрограмма определяет не одну конкретную программу, а целый класс. Ниже приведен пример метапрограммы, которая определяет класс всех документов HTML, содержащих произвольное число параграфов. Текст метапрограммы (ASP.NET, С#) заключен между специальными операторами и .

Создание языка предметной области начинается с этапа моделирования данных — той информации, которая будет впоследствии записана в терминах DSL. Для простоты предположим, что нам необходимо разработать DSL, на котором можно описать структуру статьи для журнала «Компьютерра». Предметная область этой задачи включает в себя понятия статья, раздел и подраздел[Понятие «подраздел», конечно же, является избыточным, но кому нужны эти скучные профессиональные детали?]. Для статьи характерны название, автор и некоторая структура, включающая в себя разделы статьи.

Проиллюстрируем вышесказанное диаграммой (см. рис. 1), описывающей модель данных нашего DSL, который условно назовем «Структура статьи в КТ».

Следующий этап проектирования состоит в том, чтобы внести разработанную нами модель данных в языковой инструментарий. При этом для каждого понятия предметной области необходимо создать соответствующую концепцию языка. Например, концепция «статья» выглядит в MPS так, как изображено на рис. 2. На этом проектирование нашего языка можно считать завершенным.

Кто-нибудь может возразить: язык — это в первую очередь знаковая система, а то, что мы только что создали, является скорее некоторой объектной моделью. Действительно, мы разработали только часть языка, традиционно называемую абстрактным синтаксисом. Если так можно выразиться, «знаковой системой» DSL в контексте языковых инструментариев являются редакторы, обеспечивающие визуальное отображение понятий языка.

Разработка редактора для DSL — занятие еще более увлекательное, нежели проектирование самого DSL, поскольку тут гораздо более широкое поле для творчества.

MPS обладает встроенным дизайнером для создания редакторов DSL, основанном на идее вложенных ячеек. Поясним эту идею на примере редактора для концепции «статья». На рис. 3 ячейка-контейнер верхнего уровня содержит две дочерние ячейки, расположенные вертикально. Верхняя ячейка содержит константное слово «статья», а нижняя является горизонтальным контейнером для других ячеек. И так далее.

После определения «раскладки» составных частей остается связать с редактором атрибуты «название» и «автор», дополнить его возможностью выбора автора из списка, и получится нечто, изображенное на рис. 4. Процесс редактирования документов при помощи такого редактора очень прост и вполне удобен (хотя и слегка непривычен). Например, для добавления подраздела необходимо перейти в ячейку «…добавьте подраздел…» и начать ввод текста. После нажатия клавиши Enter фокус ввода переместится на следующий подраздел.