فرا برنامه‌نویسی

فرابرنامه نویسی معمولاً به یکی از سه روش انجام می‌شود:

1. اولین رویکرد، در معرض قرار دادن داخلی موتور زمان اجرا در کد برنامه‌نویسی از طریق برنامه رابط‌های برنامه‌نویسی (API) مانندIL emitter برای .net
2. رویکرد دوم اجرای پویا عباراتی است که حاوی دستورها برنامه‌نویسی است، که اغلب از رشته‌ها تشکیل شده‌اند، اما می‌تواند از سایر روش‌ها با استفاده از آرگومان یا متن مانند جاوا اسکریپت نیز باشد؛ بنابراین، «برنامه‌ها می‌توانند برنامه بنویسند.» اگرچه هر دو روش می‌توانند به زبان مشابه مورد استفاده قرار گیرند، اما اکثر زبان‌ها به سمت یکی یا دیگری گرایش دارند.
3. رویکرد سوم این است که کاملاً از زبان خارج شود. سیستم‌های کلی تبدیل برنامه هدف مانند کامپایلرها، که توصیف‌های زبان را می‌پذیرند و تحولات دلخواه را بر روی آن زبانها انجام می‌دهند، پیاده‌سازی مستقیم فرابرنامه نویسی عمومی هستند. این اجازه می‌دهد تا فرابرنامه نویسی برای هر زبان هدف تقریباً بدون توجه به اینکه آیا آن زبان مقصد دارای توانایی‌های فرابرنامه نویسی است، اعمال شود. می‌توان این را در محل کار با Scheme مشاهده کرد و اینکه چگونه می‌توان با استفاده از ساختارهایی که بخشی از خود زبان Scheme برای گسترش C بودند، با محدودیت‌هایی که در C قرار دارد، مقابله کرد.

یک مثال ساده از یک فرابرنامه، این اسکریپت POSIX Shell است که نمونه ای از برنامه‌نویسی مولد است:

#!/bin/sh
# metaprogram
echo '#!/bin/sh'> program
for i in $(seq 992)
do
 echo "echo $i">> program
done
chmod +x program

این اسکریپت (یا برنامه) یک برنامه ۹۹۳ خط جدید ایجاد می‌کند که اعداد ۱ تا ۹۹۲ را چاپ می‌کند. این تنها تصویری از نحوه استفاده از کد برای نوشتن کد بیشتر است. این کارآمدترین روش برای چاپ لیستی از اعداد نیست. با این وجود، یک برنامه‌نویس می‌تواند این فرابرنامه را در کمتر از یک دقیقه بنویسد و اجرا کند، و دقیقاً ۱۰۰۰ خط کد را در همین زمان ایجاد می‌کند.

کویین(quine) نوع خاصی از فرابرنامه است که سورس کد خود را به عنوان خروجی تولید می‌کند. کوئین‌ها عموماً از نظر بازآفرینی یا نظری مورد توجه هستند.

همه فرابرنامه نویسی شامل برنامه‌نویسی مولد نیست. اگر برنامه‌ها در زمان اجرا قابل تغییر باشند یا اگر بیشتر، تلفیقی در دسترس باشد (مانند C #، Forth , Frink , Groovy , JavaScript , Lisp, Elixir, Lua, Perl, PHP, Python, REBOL, Ruby, Rust, SAS, Smalltalk و Tcl)، پس می‌توان از تکنیک‌هایی برای انجام فرابرنامه نویسی بدون تولید سورس کد استفاده کرد.

لیسپ احتمالاً زبان مهمی با امکانات فرابرنامه نویسی است، هم به دلیل تقدم تاریخی و هم به دلیل سادگی و قدرت فرابرنامه نویسی آن. در فرابرنامه نویسی Lisp، اپراتور unquote (به‌طور معمول کاما) کدی را معرفی می‌کند که در زمان تعریف برنامه به جای زمان اجرا ارزیابی می‌شود. به فرم‌های ارزیابی خود و نقل قول در Lisp مراجعه کنید؛ بنابراین، زبان فرابرنامه نویسی با زبان برنامه‌نویسی میزبان یکسان است و روال‌های موجود Lisp در صورت دلخواه می‌توانند مستقیماً برای برنامه‌نویسی مجدد استفاده شوند.

این رویکرد با درج مترجم در برنامه، که مستقیماً با داده‌های برنامه کار می‌کند، به زبانهای دیگر پیاده‌سازی شده‌است. این نوع پیاده‌سازی برای برخی از زبانهای سطح بالا، مانند اسکریپت RemObject برای Object Pascal، وجود دارد.

یکی از سبک‌های فرابرنامه نویسی استفاده از زبانهای دامنه خاص (DSL) است. یک مثال نسبتاً متداول از استفاده از DSLها شامل برنامه‌نویسی مولد است: lex و yacc، دو ابزاری که برای تولید آنالیزور واژگانی و تجزیه گر استفاده می‌شود، به کاربر اجازه می‌دهیم زبان را با استفاده از عبارات منظم و گرامرهای بدون محتوا توصیف کند و الگوریتم‌های پیچیده‌ای را که برای تجزیه و تحلیل مؤثر زبان کار می‌کند، توصیف کند.

یکی از مزایای فرابرنامه نویسی این است که به محض پشت سر گذاشتن قرارداد در مرحله پیکربندی در یادگیری، بهره‌وری توسعه دهندگان را افزایش می‌دهد. برخی استدلال می‌کنند که یک پیچیدگی عمیق یادگیری برای استفاده کامل از ویژگی‌های فرابرنامه نویسی وجود دارد. از آنجا که فرابرنامه نویسی انعطاف‌پذیری و قابلیت تنظیم بیشتری در زمان اجرا ایجاد می‌کند، سوءاستفاده یا استفاده نادرست از فرا برنامه‌نویسی می‌تواند منجر به خطاهای غیرمجاز و غیرمنتظره ای شود که می‌تواند برای یک توسعه دهنده متوسط دشوار باشد. این امر می‌تواند خطرات موجود در سیستم را ایجاد کرده و در صورت عدم مراقبت، آن را آسیب پذیرتر کند. برخی از مشکلات رایج که به دلیل استفاده نادرست از برنامه‌نویسی برنامه نویسی ایجاد می‌شود، عدم توانایی کامپایلر در شناسایی پارامترهای پیکربندی گمشده، داده‌های نامعتبر یا نادرست می‌توانند منجر به استثناء ناشناخته یا نتایج مختلف شوند. به همین دلیل، برخی معتقدند که فقط توسعه دهندگان با مهارت بالا باید روی توسعه ویژگی‌هایی کار کنند که فرابرنامه نویسی را با یک زبان یا پلتفرم انجام می‌دهند و توسعه دهندگان متوسط باید یاد بگیرند که چگونه از این ویژگی‌ها به عنوان بخشی از قرارداد استفاده کنند.

• c2.com Wiki: Metaprogramming article
• Meta Programming on the Program Transformation Wiki
• Code generation Vs Metaprogramming
• "Solenoid": The first metaprogramming framework for eXist-db