什么是元编程？

临下班的紧急任务

时钟指向6点半，张大胖今天不太忙，想着今天终于可以早点儿下班了。

收拾好东西准备离开的时候，领导布置了一个新任务，张大胖很无奈，哀叹一声，老老实实地坐下来。

新任务看起来非常简单：从一个CSV文件中读取数据，形成Java对象，然后对外提供一个API，让别人调用。

这个CSV文件叫做employee.csv， 张大胖打开这个CSV文件，里边的内容一看就懂。

name,age,level

Andy,25,B7

Joe, 22, B6

张大胖的API就需要返回一个List<Employee>，很自然，Employee类长这个样子：

public class Employee{
    private String name;
    private String age;
    private String level;
    ......
}

class中的每个字段和csv文件的“表头”的“列名”保持一致。

这样简单的任务对张大胖来说是小菜一碟，他写了一个EmployeeParser，专门解析CSV文件，形成Employee对象，半个小时不到就收工了，赶紧下班！

还没来得及溜走，又被领导叫住了：“大胖，那个CSV文件新加了一个字段，叫做salary ，快把你的程序改一下啊！”

name,age,level,salary

Andy,25,B7,3000

Joe, 22, B6,2500

张大胖极不情愿地坐下来，给Employee类增加了一个salary的字段，又修改了EmployeeParser类，增加对这个字段的解析。

然后又听到领导在喊：“又加了一个字段，叫做tax !”

没辙，继续修改Employee类和EmployeeParser类吧。 这一次修改完，领导终于放他走了。

模板：用程序来生成程序

等了两趟车，终于在西二旗挤上了13号线，张大胖心里一直在想：明天保不齐还要增加字段，这真是让人厌烦的重复劳动啊。大家都说，Don't repeat yourself， 我这怎么才能减少重复呢？

关键点就在于，那个Java类的字段要和CSV的表头的列名做对应，CSV变化了，Java类的字段以及解析的方法都要做相应得修改才可以。

对了，能不能根据CSV的列名自动地生成那个Employee类啊，这样问题不就解决了吗？ CSV变化， Employee类跟着变化，多好！

CSV的“列名”经过读取，可以变成一个Java 的List ，例如["name","age","level"]， 如何写一段代码，把这个List变成一个Employee Class呢？

张大胖聚精会神，在地铁上想了一路，完全无视地铁上那拥挤的人群和污浊的空气。

快要下车时，他灵机一动，可以用模板技术嘛，比如velocity模板，定义一个employee.vm ：

public class Employee{    
    #foreach ($field in $headers)
        private String $field;         
    #end    
    ##其他代码略
}

然后再写一个代码生成器，读取employee.csv的“表头”，形成List，把List传递给这个employee.vm模板，就可以输出Java类了：

写成具体的代码就是这个样子：

VelocityEngine ve = new VelocityEngine();

...初始化引擎的代码略...

Template template = ve.getTemplate("employee.vm");   

VelocityContext context = new VelocityContext();

List<String> headers = readCSVHeaders();

context.put("headers",headers);

Writer writer = new PrintWriter(new FileOutputStream(
                new File("C:\\Employee.java")));           

//把headers变量传递给模板
template.merge(context, writer);
writer.flush();    

（友情提示：可左右滑动）

（码农翻身注：这里做了简化只关注了Empployee的字段，还需要处理getter/setter方法，尤其是也需要通过模板的方法生成EmployeeParser，用来形成Employee对象。此外还有数据类型的问题。）

在小区对面的田老师红烧肉吃了一份盖饭以后，张大胖立刻投入到程序的编写中来，一边写一边想：我这是用程序来生成程序啊！

元编程

第二天，领导果然要加新的字段了，张大胖心中暗自佩服自己的自知之明，调出昨晚写的“宝贝”执行了一下，不到一秒钟，新的Employee和EmployeeParser就生成了。

下午的时候，张大胖洋洋得意地给Bill展示自己的工作成果，Bill说：“不错啊，都开始元编程了！”

“元编程？”

“对啊，你不是用程序来生成程序嘛，这就是一种元编程。”

张大胖没想到的工作居然就是高大上的“元编程”，更高兴了。

“还有，如果把CSV文件看成数据库的表，代码生成器自动生成的EmployeeParser不就相当于DAO吗？Employeeb 不就是和数据表映射的Domain对象吗？ 你的代码实现了Object-relational mapping ！”

就是啊，我怎么没想到，虽然距离真正的O/R Mapping还很远，但思想是一致的，大神就是厉害，看透了本质，张大胖暗想。

可是Bill很快给它泼了一盆冷水：“不过这种用模板生成的方式还是有些‘低级’，每次CSV文件有变化，都需要运行一下代码生成器才可以。”

“那怎么办？”

“其实吧，这个Employee的类没有必要在编译期存在，如果能在运行时动态地生成就行了。”

运行期动态生成？ 张大胖有点懵。

“对于Java语言来说，运行期在内存中动态生成一个Class，还是有难度的，你需要透彻理解Java Class的文件格式，还需要在底层需要用ASM这样的东西去操作Java字节码。”

“文件格式和字节码？就是那些0xCAFEBABE,iload ,iadd, putfield,invokespecial ? ”  张大胖看过虚拟机的书，知道有很多字节码，但是操作它们形成符合要求的类，实在是难以想象。

Bill 笑道：“你可以用动态语言，比如Ruby，元编程很强大，实现你这个功能简直是小菜一碟。”

Bill很快就写出了一段代码：

#在内存中创建一个名称为Employee的类
klass = Object.const_set("Employee", Class.new) 

names= ...读取csv文件第一行，形成数组，如 ["name","age","level"]...

#对这个内存中的类进行"手术"
klass.class_eval do
    #现在 name,age,level...变成了这个Employee类的字段！
    attr_accessor *names    
    #再定义一个Employee类的构造函数    
    define_method(:initialize) do |*values|  
        names.each_with_index do |name, i|  
        instance_variable_set("@" + name, values[i])  
    end
    end 
end 

(友情提示：可左右滑动)

张大胖没有学过Ruby , 看到这里更懵了。

Bill看到张大胖发呆的样子，说道：”经过上述处理，内存中创建了一个类，如果把它的源码展示一下，你就明白了。”

#动态生成的类
class Employee
  #动态生成的属性，类似与java的getter方法
  def name
    @name
  end
  #动态生成的属性，类似java的setter方法
  def name=(str)
    @name = str
  end
  def age
    @age
  end
  def age=(str)
    @age = str
  end
  def level
    @level
  end
  def level=(str)
    @level = str
  end
  #动态生成的构造函数
  def initialize(*values)
      @name = values[0]
      @age = values[1]
      @level = values[2]
  end
end
#一个使用Employee类的例子
p = Employee.new("andy","22","B6")

(友情提示：可左右滑动)

（码农翻身注：对CSV文件内容的读取没有包括在其中。）

张大胖明白了，这个类是由数据驱动，动态生成的，CSV的header 中有多少字段，这个类就会生成多少个属性。

和自己的代码生成器比较了一下，Ruby写的这段代码更加精炼，不需要模板，没有所谓代码生成器，或者说，代码生成器和生成的类已经合二为一了。

即使是CSV文件发生了变化，也不需要额外运行代码生成器，只需要执行那段Ruby代码就行。

Bill问道：“怎么样，元编程不错吧？”

张大胖说道：“嗯， 这Ruby的元编程能力很强大啊，可惜的是，我们的项目都是Java的，这动态的脚本语言Ruby没法直接使用，如果是微服务，对外提供的是HTTP的API，我可以学学Ruby，单独写个Ruby项目。”

Bill说：“其实吧，编程语言中，元编程能力最强大的还属LISP，在LISP当中，程序和数据的表现形式是一致的，造就了它无以伦比的元编程能力，LISP程序可以像操作数据一样操作代码。 有人甚至说，LISP根本不是编程语言，它是编程元语言，专门为了生成程序而生。”

张大胖听得云里雾里，黯然道：“不知道你在说什么，太抽象了！等我学学LISP以后再回来和你讨论吧。”

（完）

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