Языки макрообработки текстов

Изучается устройство ряда макропроцессоров, используемых при обеспечении гибкости кода программ. Кроме достаточно известных GPM и Trac, ассемблерной макротехники и препроцессоров систем программирования [ [ 4 ] , [ 28 ] ], рассматриваются макропроцессоры нестандартных языков программирования, применявшиеся при факторизации текстов программ, разрабатываемых одновременно на разные архитектуры.

Макропроцессоры - мощный инструмент повышения емкости действий, образующих процессы информационной обработки. Главное предназначение макросов в системах программирования - достижение гибкости и переносимости текстов программ, применяемых в разных условиях. Многие трудности такого применения макротехники связаны с проблемой контроля типов данных на уровне текста программы. Исследования систем переписывания термов и разметки текстов пока не дали практичных решений в этой области. Современные информационные системы как правило содержат макропроцессоры как инструмент настройки на различные стандарты подготовки и обработки данных.

Начнем с классификации макропреобразований по мощности допустимых воздействий на обрабатываемые данные, предложенной в 1973 году А.А. Берсом:

• чисто текстовая подстановка, обеспечивающая подготовку текстов по шаблонам и формулярам;
• условная подстановка, допускающая при формировании текста использование статических параметров;
• вычисляемые макропреобразования - вычисляются значения некоторых формул, возможно с использованием средств основного языка программирования.

Любой класс макропреобразований может использовать локальные или глобальные переменные, вложенность областей действия определений, рекурсию. Макропроцессор может быть встроен в компилятор, быть автономным инструментом системы программирования, таким как текстовый редактор, оптимизатор или отладчик, или существовать самостоятельно как универсальный инструмент общего назначения.

Обычно макроопределения формируются с учетом границ строк, макровызовы могут выполняться за один просмотр или до исчерпания при итеративном анализе текста. Возможно управление глубиной макроподстановки. Популярно синтаксическое подобие макросов выражениям базового языка, хотя это может вызывать путаницу в понимании реальных механизмов при порождении кода программы.

Для автономных макропроцессоров характерны специальные механизмы регулярного конструирования различимых текстов:

• управляющие символы;
• счетчики;
• генераторы уникальных значений;
• блоки активности (разметка);
• встроенные функции;
• управление вводом-выводом.

Макротехника обладает родством с методами конструирования регулярных выражений, техникой сопоставления данных с образцом (Snobol, Prolog), системами переписывания и современными языками разметки (xml, TeX и др.).

Макросом называют средство замены строки на другую, полученную из исходной по заранее заданным правилам. Такую замену осуществляет макропроцесор, управляемый системой макросов. Макропроцессор перерабатывает текст, содержащий вызовы макроса и новые макроопределения, пополняющие систему макросов. Различают общие и локальные макросы, воздействующие на всю текущую программу или на часть ее текста. Системы макросов могут организовываться в библиотеки.

Общеизвестно, что макрос легче применять, чем определять. Внешняя простота введения макросов сопряжена с вероятностью трудно обнаруживаемых ошибок периода исполнения программы, индуцированных случайным сходством с подпрограммами на основном языке программирования:

• макрос меняет текст программы,
• подпрограмма меняет данные программы и логику процесса исполнения программы.

Достаточно распространено определение макросов для нужд одной единственной программы, образующих с ней единое целое.

Большинство макропроцессоров допускают переменные макропериода - глобальные и локальные макропеременные.

Макротехника используется при автоматизации формирования различимых имен, например, различимые меток или имен переменных в программе.

Встречается интересное применение вложенности макровызовов и макроопределений, включая рекурсию.

ряд = |     <сч = 0>   -> [ 0 ] 
      |      |                       
      | [ ( | сч | + 1]            
      |        |                   
      |  ряд [ сч - 1 ]            
      |         |                                           
      |       [ ) ]                                        
      |______________________


ряд (6) = (6+ (5+ (4+ (3+ (2+ (1+0))))))

Макротехника результативна не только на текстах, но и на геометрических фигурах, графах и кодах. Например, макросами можно описать всем известное пентамино, оптимизацию и кодогенерацию программ.

Техника строковой обработки обычно поддерживается операциями вычисления длины строки, выделения подстроки и конкатенации строк.

При поддержке динамически возникающих макроопределений традиционно обеспечивают самодостаточность, т.е. возможность развития макропроцессора своими средствами. Обычные требования:

• Подстановка аргументов
• Использование библиотек
• Допущение переменных и структур данных
• Присвоение значений переменных
• Ветвления и переходы
• Циклы, иерархия и рекурсия
• Динамика обработки и создания новых макросов

Макропроцессор получает логическое завершение, поддерживая динамически формируемые макроопределения, возможно используя макровызовы в аргументах. Являясь инструментом расширения средств системы программирования, макропроцессор по своей природе должен быть развиваемым. Традиционная при разработке систем программирования общность и минимизация понятий оказывается не лучшим идеалом для разработки информационных систем массового назначения потому, что решение практических задач всегда сопряжено со множеством тривиальных мелочей, связанных с нелогичными особенностями оборудования или привычками пользователей. Макротехника дает сравнительно недорогой метод учета таких мелочей на уровне специализации системных приложений.

На практике макроассемблер выполняет роль расширенной системы команд. Такие команды могут обеспечивать специальные модули для обработки файлов с нестандартной информацией, например, распознавать текст с устаревшими или нестандартными шрифтами.

Отдельного решения требуют вопросы проявления в программах контекстов без макрообработки, таких как строковые константы и комментарии, выпадающие из общего строя языка программирования.

В системах программирования препроцессоры обычно формируют входной текст для компилятора, а макроассемблеры выполняют сборку кода на уровне ассемблера или объектного кода.

В текстовых процессорах - контекстная замена, контекстное редактирование и регулярные преобразования текста.

Техника выполнения макропреобразований достаточно разнообразна. Так, например, язык GPM всю работу с макросами сводит к макровызову вида:

$ mak, a1, a2, ... aN;  - вызов макроса1Символ $ набран вместо параграфа 

Позиции макровызова занумерованы по числу предшествующих запятых, что делает не нужным описание переменных, одновременно с возможностью самоприменения определений.

~0 ~1 ~2 ... ~N  - описание не нужно

Кроме того используются скобки, блокирующие подстановки при необходимости.

< S > - блокировка подстановок в S

Достаточно всего одной встроенной функции DEF, выполняющей введение макропределений.

$ DEF, mak, опр;

$ Def, size, 6;
$ size;         => 6 
x ($size, $size)   => x(6,6)
size$size   => size6

$Def, opp, UN~1;
$opp, R;     => ОШ - нет аргумента

$Def, opp, <UN~1>;
$opp, R;     => UNR

if A=B then C else D

$A, $Def, A , <D>; $def, B, <C>;;

В этом примере результат условного выражения обеспечен побочным эффектом на глобальной таблице имен.