97 этюдов для программистов. Опыт ведущих экспертов

Предметно-ориентированные языки Микаэль Хунгер

Если прислушаться к разговору экспертов в какой-либо области, будь то игроки в шахматы, воспитатели детского сада или страховые агенты, можно заметить, что их лексика существенно отличается от повседневной. Отчасти такова причина появления предметно-ориентированных языков (domain specific language, DSL): у каждой предметной области есть собственный специализированный словарь для описания явлений, присущих этой области.

Если говорить о программировании, DSL представляют собой выполняемые выражения на языке, присущем предметной области. Выражения языка строятся на ограниченном словаре и грамматике, так что специалисты в данной предметной области способны читать и понимать выражения на этом языке, а в идеале еще и писать собственные. Языки DSL, ориентированные на разработчиков и ученых, существуют уже довольно давно. Достаточно древними примерами могут послужить «малые языки» настроечных файлов UNIX, а также языки на базе мощных макросов LISP.

Обычно DSL делятся на встроенные и независимые:

Встроенные DSL

Создаются на универсальных языках программирования, синтаксис которых подогнан под структуры естественного языка. Проще всего делать это с языками, предоставляющими широкие возможности для синтаксического украшательства и гибкого форматирования (например, Ruby и Scala), тогда как с другими все сложнее (например, Java). Большинство встроенных DSL — суть обертки существующих API, библиотек и бизнес-логики. Они снижают входной порог применения уже существующей функциональности. Приложения на встроенных DSL можно запускать как обычные приложения. В зависимости от реализации и предметной области они могут использоваться для наполнения структур данных, описания зависимостей, запуска процессов или задач, сообщения с другими системами или проверки корректности вводимых пользователями данных. Синтаксис встроенного DSL ограничен возможностями базового языка. Существует множество шаблонов — например построитель выражений, цепочка методов, аннотация — для подгонки базового языка к нужному DSL. Если базовый язык не требует перекомпиляции, встроенный DSL при тесном взаимодействии с экспертом в предметной области можно создать достаточно быстро.

Независимые DSL

Представляют собой текстовое или графическое описание языка, причем текстовые DSL встречаются чаще графических. Текстовые выражения могут проходить обработку в цепочке, включающей в себя лексический анализатор, анализатор синтаксиса, преобразователь модели, генераторы и любые другие средства постобработки. Как правило, выражения не независимых DSL преобразуются во внутренние модели, служащие основой для дальнейшей обработки. Полезно определить грамматику (например, в виде РФБН[10]). Грамматика служит отправным пунктом для создания элементов инструментальной цепочки (например, редактора, визуализатора, генератора анализаторов синтаксиса). Для простых DSL может оказаться достаточно анализатора синтаксиса, созданного вручную — например, на основе регулярных выражений. Если требования к анализатору синтаксиса достаточно сложны, созданный вручную анализатор синтаксиса может стать слишком громоздким, и следует обратить взор на такие инструменты для работы с грамматиками и DSL, как openArchitectureWare, ANTLR, SableCC, AndroMDA. Довольно часто независимые DSL определяют в виде диалектов XML, но с чтением в этом случае могут быть сложности, особенно у неспециалистов.

Всегда следует принимать во внимание целевую аудиторию вашего DSL. Из кого она состоит — из разработчиков, менеджеров, клиентов или конечных пользователей? В зависимости от целевой аудитории нужно выбирать технический уровень языка, доступные пользователю функции, инструмент для подсказки по синтаксису (например, IntelliSense), средства ранней валидации, визуализации и представления. Скрывая технические детали, DSL отдает власть пользователям, предоставляя им возможность адаптировать системы к собственным потребностям, не прибегая к помощи разработчиков. DSL позволяет еще и увеличить скорость разработки благодаря распределению задач после того, как создан начальный каркас языка. Язык может развиваться постепенно. Существуют также различные способы перевести существующие языки и грамматики на новый DSL.

Не бойтесь что-нибудь сломать