【51CTO獨(dú)家特稿】最近，人們對于領(lǐng)域特定語言F#中DSL原型設(shè)計的興趣卷土重來。這些語言不僅能夠為特定領(lǐng)域提供更好等級的提煉，從而有助于減少在通用語言中因低等級構(gòu)造而造成的錯誤；而且通過提供額外配置、定制的業(yè)務(wù)邏輯等，它們?yōu)橛脩籼峁┝艘环N有效的機(jī)制，用于細(xì)調(diào)你的應(yīng)用程序?？傊珼SL能夠讓你的應(yīng)用程序更加多樣化并具有更好的伸縮性。51CTO向您推薦Visual Studio 2010中F#的一些資源

大致來講，領(lǐng)域特定語言的工作方式有兩種——你可以通過對以源DSL編寫的源文本進(jìn)行轉(zhuǎn)譯來實施，或者通過將源文本編譯為可執(zhí)行代碼。這兩種方式都有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。對于解釋器和編譯器的實施階段，很多都是類似的，甚至一模一樣；例如，語法和語義檢查在兩種方式中是共同的。在獲得合適的內(nèi)部重現(xiàn)（inner representation）之后，編譯器實施包括幾個階段，逐步將這種重現(xiàn)分解為低等級的指令，生成匯編語言原生碼，或管理代碼（取決于目標(biāo)平臺）。解釋器與之相反，很少執(zhí)行這些階段。作為替代，你可以實施所謂的DSL 的“操作語義”（operational semantic）；例如，為內(nèi)部重現(xiàn)編寫一個評估器。

圖1. 運(yùn)行中的Simply

你可以在Simply上進(jìn)行構(gòu)建，來創(chuàng)建新的DSL并將其嵌入到你自己定制的開發(fā)外科中。此處演示的應(yīng)用程序 SimplyLogo從零開始構(gòu)建，F(xiàn)# 代碼少于500 行。

在本文介紹的F#中DSL原型設(shè)計，我們將為一個小型的DSL（由于其類似 C 語言的語法和簡潔，我將其稱為“Simply”）編寫一個解釋器，然后使用與Logo 那種語言類似的內(nèi)置函數(shù)將其實例化。你可以通過在表達(dá)式語法器上來構(gòu)建以完成實例化。之前我們已經(jīng)在相關(guān)文章中進(jìn)行講述，在這篇文章中，你可以看到活躍模式（active pattern）提供了一個***的機(jī)制（雖然付出了一點(diǎn)速度的小代價），能夠用于構(gòu)建符合類型安全規(guī)則的語法器，它與用戶語法中的正規(guī)的 BNF 句法非常相似；并且能夠在增強(qiáng)的AST 重現(xiàn)上實施語言檢查（本文）和評估器（下一篇文章）。使用這種語言，你可以快速生成圖像，這些圖像能夠使用簡單的畫圖命令來定義——并且你可以在所有你需要的語境中使用這個核心評估器。在圖 1 中所示為該 DSL 的一種可能的嵌入。在本文中，我們主要關(guān)心的是構(gòu)建 Simply 的語法器和檢查源程序以確認(rèn)語法的正確性。

51CTO譯者注：為了學(xué)習(xí)這個系列的文章，你需要下載 F# May 2009 CTP 或Visual Studio 2010 Beta 1。

Simply 概述

Simply 是本文的DSL，它是一個具有靜態(tài)作用域、嵌套變量（nested variable）和函數(shù)聲明，以及簡單循環(huán)構(gòu)造的小型編程語言。下面是一個很短的 Simply 程序：

var x = 2   
fun x(a b) { a + b + x }   
fun x(y) { y + x(1 2) }   
repeat 100 as i { x(i) } 

這段程序很容易讀懂，它包含四條命令，定義了一個變量、兩個函數(shù)和一個循環(huán)。為了分析這些命令的語法，你需要對上文中講述的語法器進(jìn)行擴(kuò)展。

對具有循環(huán)構(gòu)造、變量和函數(shù)的Simply進(jìn)行擴(kuò)展

前文中實施的語法器使用函數(shù)調(diào)用對算術(shù)表達(dá)式進(jìn)行語法分析并將其翻譯為定制的 AST 類型。對于 Simply，你需要一個稍微更為高級的內(nèi)部重現(xiàn)來對表達(dá)式進(jìn)行語法分析，這些表達(dá)式包含了簡單變量以及與其密切關(guān)聯(lián)的少量語言擴(kuò)展，用于定義變量和函數(shù)，以及用簡單的循環(huán)構(gòu)造（循環(huán)區(qū)塊）來表達(dá)循環(huán)。

如果你已經(jīng)將AST 定義放在其自身模塊中，下面你可以看到新的擴(kuò)展版本：

namespace IntelliFactory.Simply   
module Ast =  
    type var = string   
    type Expr =  
 
 | Number of float   
 | BinOp of (float -> float -> float) * Expr * Expr  
 | Var of var  
 | FunApply of var * Expr list  
 
 static member Sum (e1, e2) = BinOp (( + ), e1, e2)  
 static member Diff (e1, e2) = BinOp (( - ), e1, e2)  
 static member Prod (e1, e2) = BinOp (( * ), e1, e2)  
 static member Ratio (e1, e2) = BinOp (( / ), e1, e2) 

你可能已經(jīng)注意到，我對這個模塊的代碼格式進(jìn)行了細(xì)小的調(diào)整，以便符合 F# 編碼語法指南。我們的理想是用最少的代碼實現(xiàn)最多的功能，同時在需要增加代碼以及所表達(dá)的功能時仍然能夠進(jìn)行快速建模（prototyping）并且修改最小化。現(xiàn)在，你可以在代碼中添加 AST 增強(qiáng)，其指向不再是那些普通的算術(shù)表達(dá)式：

   type Command =  
| VarDef of var * Expr  
| FunDef of var * var list * Command  
| Repeat of Expr * var * Command  
| Sequence of Command list  
| Yield of Expr type Prog = Program of Command list 

這些F#中DSL原型設(shè)計的代碼定義了：

一個 Command 類型，可以對變量定義繼續(xù)編碼（利用一個值進(jìn)行初始化） 函數(shù)定義（具有函數(shù)名稱、常規(guī)的參數(shù)列表和一個體現(xiàn)函數(shù)主體的 Command 值） 循環(huán)區(qū)塊（具有控制變量、循環(huán)程度表達(dá)式和一個用于體現(xiàn)循環(huán)區(qū)塊主體的 Command 變量） Command 排序（對于定義需多個簡單表達(dá)式的函數(shù)主體或循環(huán)區(qū)塊非常有用） 簡單表達(dá)式執(zhí)行。一列這樣的表達(dá)構(gòu)成了一個程序。利用這些類型，你現(xiàn)在可以擴(kuò)展你支持創(chuàng)建的表達(dá)式語法器。為了更加方便，你可以再次使用 Listing 1 中代碼，然后對其進(jìn)行稍微的增強(qiáng)：

這個核心語法器中唯一的更改（格式更改除外）位于（|Factor|_|）活躍模式在：這個版本添加了簡單的變量變量引用（第三條規(guī)則），以滿足增強(qiáng)的 AST 表達(dá)式語言中的相應(yīng)的附加規(guī)則。

到這里，你就可以真正地開始加速，快速寫下 DSl 語法器的其余部分。首先添加關(guān)鍵字和特定字符的規(guī)則：

let (|LBRACE|_|) s = "{" |> MatchSymbol s  
let (|RBRACE|_|) s = "}" |> MatchSymbol s  
let (|EQ|_|) s = "=" |> MatchSymbol s  
let (|VAR|_|) s = "var" |> MatchSymbol s  
let (|FUN|_|) s = "fun" |> MatchSymbol s  
let (|REPEAT|_|) s = "repeat" |> MatchSymbol s  
let (|AS|_|) s = "as" |> MatchSymbol s 

語法分析命令的規(guī)則是語法規(guī)則轉(zhuǎn)換為之前地定義的活躍模式的一種簡單的翻譯。

let rec (|Command|_|) = function 
| VAR (ID (v, EQ (Expression (expr, rest)))) 
-> (Ast.Command.VarDef (v, expr), rest) 
|> Some | FUN (ID (f, LPAREN (Star (|ID|_|) [] ( pars, RPAREN (Command (body, rest)))))) 
-> (Ast.Command.FunDef (f, pars, body), rest)
 |> Some | REPEAT (Expression (i, AS (ID (v, Command (body, rest))))) 
-> (Ast.Command.Repeat (i, v, body), rest) 
|> Some | LBRACE (Star (|Command|_|) [] (commands, RBRACE rest)) 
-> (Ast.Command.Sequence commands, rest)
 |> Some | Expression (e, rest) 
-> (Ast.Command.Yield e, rest) |> Some | _ -> None 

例如，讓我們看看上面（|Command|_|）活躍模式中的***條規(guī)則。它字母的意思是：

“批評‘var’關(guān)鍵字，然后是標(biāo)識符并將其與‘v’捆綁，然后是等于符號，然后是一個綁定到‘expr’的表達(dá)式；然后返回帶有變量及其初始值的 Command.VarDef 值，還有其余的輸入字符串，作為一個成功的匹配?！?/P>

其他規(guī)則一樣易于理解和構(gòu)造。有一個細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步解釋，在函數(shù)定義或排序規(guī)則中如何使用（|Star|_|）活躍模式。記住，這是一個參數(shù)化（parameterized）的活躍模式，在它被應(yīng)用到你再次匹配的值之前，它具有了兩個變量。***個變量是一個活躍模式，你可以“運(yùn)行”零次或多次（名稱 Star，它反映了常規(guī)語言如 BNF 或常規(guī)表達(dá)式中的 star 操作符），第二變量是初始累加器，用于收集請求結(jié)果。由于該累加器的初始值通常是一個空列表，因此你可能會選擇以一種不需要初始值的方式重寫這個活躍模式；因此這就給了你一直更為緊湊的方式來指定“零次或多次”這種類型的規(guī)則。

***，你可以編寫定義了這個程序語法的規(guī)則：

let (|Prog|_|) = function   
| Star (|Command|_|) [] (commands, rest) -> (Ast.Prog.Program commands, rest)   
|> Some | _ ->             None 

或者，編寫一個格式稍微有點(diǎn)冗長的規(guī)則：

   let (|Prog|_|) s = match s with   
| Star (|Command|_|) [] (commands, rest) -> (Ast.Prog.Program commands, rest)   
|> Some | _ ->             None 

你可以在 Simply 程序上快速檢驗?zāi)愕恼Z法器——只需通過選取代碼并按 Alt+Enter 鍵將 AST 和語言模塊載入到 F# Interactive 中，然后測試一個 Simply 小程序：

open Language " var x=1 var x=2 var x=3 fun foo(y)   
{ fun bar(foo) { var xx=x+1 foo+x } bar(y*2)   
}   
repeat 1000 as x { foo(x) }" |> (|Prog|_|) |> printf "Result=%A\n";;  
 > Result=Some (Program [VarDef ("x",Number 1.0);   
VarDef ("x",Number 2.0); VarDef ("x",Number 3.0);  
FunDef ("foo",["y"], Sequence [FunDef ("bar",["foo"], Sequence [VarDef ("x",BinOp (,Var "x",Number 1.0));   
Yield (BinOp (,Var "foo",Var "x"))]);   
Yield (FunApply ("bar",[BinOp (,Var "y",Number 2.0)]))]);   
Repeat (Number 1000.0,"x",Sequence [Yield (FunApply ("foo",[Var "x"]))])], "") >